Электромагнитные колебания и волны

Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота и период электромагнитных колебаний (формула Томсона).

Вынужденные электрические колебания. Переменный электрический ток. Генератор переменного тока. Электрический резонанс.

Трансформатор. Передача электроэнергии на большие расстояния.

Электромагнитное поле. Электромагнитные волны и скорость их распространения. Шкала электромагнитных волн. Свойства электромагнитного излучения разных диапазонов длин волн.

1. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота и период электромагнитных колебаний (формула Томсона).

К олебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из конденсатора С, катушки индуктивности L и активного сопротивления R, соединенных последовательно.

Для идеального колебательного контура активное сопротивление ра­вно нулю и он имеет вид, изображённый на рисунке.

Если конденсатору сообщить заряд, то он будет разряжаться через катушку индуктивности. Умень­шающийся ток разрядки создаст ЭДС самоиндукции, возникает ток самоиндукции, благодаря которому конденсатор перезарядится, его пластины будут иметь противоположную полярность. В колебательном контуре возникнут свободные электромагнитные колебания.

Электромагнитные колебания – периодические или почти периодические изменения заряда, напряжения, силы тока в цепи.

Н а рисунке видно аналогию между механическими и электромагнитными колебаниями:

Получим уравнение, описывающее свободные электрические колебания в контуре, с помощью закона сохранения энергии, при этом (i – мгновенное значение силы тока):

, ;

– уравнение, описывающее свободные электрические колебания в контуре.

– частота собственных колебаний в контуре.

– период свободных незатухающих колебаний в контуре (формула Томсона).

– решение уравнения, описывающее свободные электрические колебания в контуре.

,

где q₀ – максимальное значение заряда, ω₀ – частота собственных колебаний, φ₀ – начальная фаза колебаний, I₀ =q₀ ω₀ – максимальное значение тока.

Ток по фазе опережает заряд на :

Напряжение на конденсаторе по фазе совпадает с зарядом:

.

Полная энергия колебательного контура равна энергии электрического и магнитного полей – ,

где q₀ и I₀ – максимальные значения величины заряда и силы тока.

Аналогия между механическими и электрическими колебаниями

Механические величины	Электрические величины
Смещение х	Заряд q
Скорость	Сила тока
Ускорение	Скорость изменения силы тока
Масса m	Индуктивность L
Жесткость пружины k	Величина, обратная емкости
Коэффициент трения μ	Сопротивление R
Сила F	ЭДС ε
Потенциальная энергия	Энергия электрического поля
Кинетическая энергия	Энергия магнитного поля