2. Задача на определение работы газа с помощью графика зависимости давления газа от его объема.

Билет №18.

1. Явление самоиндукции. Индуктивность. Электромагнитное поле.

Явление самоиндукции заключается в появлении ЭДС индукции в самом проводнике при изменении тока в нем. Примером явления самоиндукции является опыт с двумя лампочками, подключенными параллельно через ключ к источнику тока, одна из которых подключается через катушку (рис. 1). При замыкании ключа лампочка 2, включенная через катушку, загорается позже лампочки 1. Это происходит потому, что после замыкания ключа ток достигает максимального значения не сразу, магнитное поле нарастающего тока породит в катушке индукционную ЭДС, которая в соответствии с правилом Ленца будет мешать нарастанию тока.

Для самоиндукции выполняется установленный опытным путем закон: ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна скорости изменения тока в проводнике. .

Коэффициент пропорциональности L называют индуктивностью.

Индуктивность — это величина, численно равная ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре при изменения силы тока в нем на 1 А за 1 с. Единица индуктивности — генри (Гн). 1 Гн = 1 В ∙ с/А.

Индуктивность характеризует магнитные свойства электрической цепи (проводника), зависит от магнитной проницаемости среды сердечника, размеров и формы катушки и числа витков в ней.

При отключении катушки индуктивности от источника тока лампа, включенная параллельно катушке, дает кратковременную вспышку (рис. 2).

Ток в цепи возникает под действием ЭДС самоиндукции. Источником энергии, выделяющейся при этом в электрической цепи, является магнитное поле катушки. Энергия магнитного поля, созданного током, проходящим по участку цепи с индуктивностью L, определяется по формуле: .

Энергия магнитного поля зависит от индуктивности проводника и силы тока в нем. Эта энергия может переходить в энергию электрического поля. Вихревое электрическое поле порождается переменным магнитным полем, а переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т. е. переменные электрическое и магнитное поля не могут существовать друг без друга. Их взаимосвязь позволяет сделать вывод о существовании единого электромагнитного поля.

Электромагнитное поле — особая форма материи, осуществляющая электромагнитное взаимодействие. Электромагнитное поле характеризуется напряженностью электрического поля и магнитной индукцией.

2. Задача на определение силы упругости.

Билет №19.

1. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях.

Электромагнитные колебания - это колебания электрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическим изменением электрического заряда, силы тока и напряжения.

Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать электромагнитные колебания, является колебательный контур.

Колебательный контур - это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 1, а). Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушке потечет ток (рис. 1, б). Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоиндукции в катушке. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сторону и перезарядит конденсатор (рис. 1, в). Ток в данном направлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении (рис. 1, г). Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора ( ) в энергию магнитного поля катушки с током ( ), и наоборот.

Период электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре (т. е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томсона . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью .

В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будут затухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Для практического применения важно получить незатухающие электромагнитные колебания, а для этого необходимо колебательный контур пополнять электроэнергией, чтобы скомпенсировать потери энергии. Для получения незатухающих электромагнитных колебаний применяют генератор незатухающих колебаний.

Генератор незатухающих колебаний является примером автоколебательной системы.

Согласно закону электромагнитной индукции, в нем возникает ЭДС с частотой 50 Гц, изменяющаяся по гармоническому закону .

Под действием ЭДС и идет переменный ток с частотой 50 Гц во всех лампочках, холодильниках и стиральных машинах в квартирах.

Переменный ток – это вынужденные электромагнитные колебания.

Автоколебательные системы – это системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри такой системы.

Пример автоколебательной системы – генератор на транзисторе. Автоколебания возбуждаются в колебательном контуре генератора на транзисторе за счет энергии источника постоянного напряжения. В генераторе используется транзистор, т.е. полупроводниковое устройство, состоящее из эмиттера, базы и коллектора. Колебания тока в контуре вызывают колебания напряжения между эмиттером и базой, которые управляют силой тока в цепи колебательного контура (обратная связь).