- •Минимальный список необходимых для успешной сдачи экзамена вопросов и ответов по физике для заочников (раздел “Электричество и магнетизм”).
- •Электростатика
- •Связь между потенциалом и напряженностью электрического поля.
- •Электрический диполь. Момент силы и потенциальная энергия диполя во внешнем электрическом поле.
- •Теорема Гаусса в электростатике.
- •Вектор электрического смещения. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.
- •Электрическая емкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии электрического поля.
- •Сила и плотность тока. Электродвижущая сила. Напряжение. Однородный и неоднородный участки цепи.
- •Закон Ома для однородного участка цепи.
- •Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи.
- •Правила Кирхгофа.
- •Мощность тока. Закон Джоуля - Ленца.
- •2. Электромагнетизм
- •Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Магнитный момент рамки с током.
- •Закон Био-Савара-Лапласа.
- •Магнитная индукция поля соленоида
- •Напряженность магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности.
- •Сила Лоренца.
- •Сила Ампера.
- •Вращающий момент и потенциальная энергия контура с током в магнитном поле.
- •Работа, совершаемая при перемещении тока
- •Диамагнетики. Парамагнетики. Ферромагнетики. Петля гистерезиса.
- •Явление электромагнитной индукции. Эдс электромагнитной индукции. Правило Ленца.
- •Явление самоиндукции. Индуктивность. Явление взаимной индукции.
- •Энергия магнитного поля.
- •Электромагнитная волна. Вектор Пойнтинга.
- •Электрический колебательный контур. Свободные незатухающие электрические колебания в контуре. Вынужденные колебания в электрическом колебательном контуре. Резонанс.
- •Переменный ток. Активное и реактивное сопротивление. Метод векторных диаграмм для переменного тока.
- •Средняя мощность переменного тока. Действующие значения силы тока и напряжения. Коэффициент мощности.
-
Электрический колебательный контур. Свободные незатухающие электрические колебания в контуре. Вынужденные колебания в электрическом колебательном контуре. Резонанс.
Колебательный контур — цепь, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С предназначенная возбуждения электромагнитных колебаний, при которых электрические величины (заряды, напряжения, токи, электрические и магнитные поля) изменяются периодически по гармоническому закону.
Электрические колебания в колебательном контуре можно сопоставить с механическими колебаниями маятника (рис. внизу), сопровождающимися взаимными превращениями потенциальной и кинетической энергий маятника.
Если бы потерь энергии не было, то в контуре совершались бы периодические незатухающие колебания (собственные колебания) с периодом Tо, т. е. периодически изменялись (колебались) бы заряд q на обкладках конденсатора, напряжение UC на конденсаторе и сила тока I, текущего через катушку индуктивности. Причем в течение первой половины периода ток идет в одном направлении, в течение второй половины—в противоположном. Колебания сопровождаются превращениями энергий электрического и магнитного полей.
Циклическая частота свободных незатухающих (собственных) колебаний равна
Пеориод свободных незатухающих (собственных) колебаний равен
Из-за того что в контуре присутствует также сопротивление R, на котором энергия тока превращается в тепловую, колебания становятся затухающими.
Незатухающие колебания в контуре можно организовать, используя вынужденные колебания, т.е. колебания под действием внешнего периодического источника ЭДС. Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний A (тока, заряда, напряжения) при совпадении частоты внешнего периодического источника с частотой собственных колебаний о называется резонансом.
Чем больше коэффициент затухания, тем ниже амплитуда при резонансе.
-
Переменный ток. Активное и реактивное сопротивление. Метод векторных диаграмм для переменного тока.
Для наглядного изображения соотношений между переменными токами и напряжениями воспользуемся методом векторных диаграмм. В этом методе амплитуда колеблющейся величины изображается вектором, а разность фаз между двумя колеблющимися величинами – углом между векторами.
Цепь переменного тока, содержащая последовательно содержащая резистор R, катушку индуктивности L и конденсатор С, представлена на рисунке.
На концы цепи подается переменное напряжение U, изменяющееся по гармоническому закону. В цепи возникнет переменный ток, который вызовет на всех элементах цепи соответствующие падения напряжения Ur, Ul и Uс. На рисунке также представлена векторная диаграмма амплитуд падений напряжений на резисторе (UR), катушке {UL) и конденсаторе (UС). Амплитуда Um приложенного напряжения должна быть равна геометрической сумме амплитуд этих падений напряжений. Угол является разностью фаз между напряжением и силой тока. Из рисунка следует, что разность фаз между напряжением и силой тока равна
Напряжение .
Величина (коэффициент пропорциональности между напряжением и током) называется полным сопротивлением цепи.
Здесь сопротивление R называется активным сопротивлением (на нем происходит выделение тепла, согласно закону Джоуля – Ленца).
Величина называется реактивным сопротивлением (на нем не происходит выделение тепла). При этом, величина называется индуктивным сопротивлением, величина называется емкостным сопротивлением.