Вопрос 19!

Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в контуре. Превращение энергии в колебательном контуре, формула Томсона.

Колебательный контур – замкнутая электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора, катушки индуктивности и сопротивления.

Реальный колебательный контур – сопротивление не равно 0.

Идеальный колебательный контур – сопротивление равно 0.

Устойчивое состояние электрической системы – когда конденсатор не заряжен. Чтобы в контуре возникли электромагнитные колебания, конденсатор надо зарядить. В идеальном контуре колебания не затухают и являются свободными, т. к. энергия контура не пополняется.

Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называют электромагнитными колебаниями.

В колебательном контуре происходит периодическое превращение энергии электрического поля заряженного конденсатора в энергию магнитного поля тока. При отсутствии сопротивления полная энергия электромагнитного поля остаётся неизменной.

Т = 2пи (квадратный корень из LC) – формула Томсона.

В реальном колебательном контуре сопротивление не равно 0, поэтому колебания затухают.

Чтобы компенсировать потерю энергии в контуре используется автоколебательная система – генератор на транзисторе.

Его основные элементы:

1. Источник энергии.

2. Контур – колебательная система.

3. Транзистор (триод или транзистор) регулирует периодическое поступление энергии в контур.

Свободные колебания – колебания в системе, которые возникают после выведения её из положения равновесия. (Например, при сообщении конденсатору заряда. Зарядка конденсатора эквивалентна отклонению маятника от положения равновесия).

Для наблюдения и исследования электромагнитных колебаний является прибор – электронный осциллограф.

В электронно-лучевой трубке осциллографа узкий пучок электронов попадает на экран, способный светиться при бомбардировке его электронами. На горизонтально отклоняющиеся пластины трубки попадает переменное напряжение развёртки ”пилообразной” формы. Сравнительно медленно напряжение нарастает, а потом очень резко уменьшается. Электронное поле между пластинами заставляет электронный луч пробегать экран в горизонтальном направлении с постоянной скоростью и затем почти мгновенно возвращаться назад. После этого весь процесс повторяется. Если теперь присоединить вертикально отклоняющие пластины трубки к конденсатору, то колебания напряжения при его разрядке вызовут колебания луча в вертикальном направлении. В результате на экране образуется временная “развёртка” колебаний, подобная той, которую вычерчивает маятник с карандашом на конце на движущемся листе бумаги. Колебания затухают с течением времени.

Вопрос 20!

Вынужденные электромагнитные колебания. Переменный ток. Его получение.

Вынужденные колебания – колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы. ( Переменная ЭДС возникает, например, в проволочной рамке из нескольких витков при вращении её в однородном магнитном поле). Происхождение ЭДС индукции в этом случае таково: на движущиеся вместе с проводниками рамки электроны действует сила со стороны магнитного поля. Она вызывает перемещение электронов вдоль проводников. Так как магнитный поток, пронизывающий рамку, периодически изменяется, то в соответствии с законом электромагнитной индукции периодически меняется и ЭДС индукции. При замыкании цепи переменная ЭДС создаёт переменный ток, и стрелка гальванометра начнёт колебаться около положения равновесия.

Переменный ток – вынужденный электромагнитные колебания, возникающие в цепи, под действием внешней периодической ЭДС.

Переменная ЭДС возникает при вращении рамки (контура) в однородном магнитном поле.

Ф = BScosa, но a = wt, тогда магнитный поток Ф = BScoswt – меняется гармонически.

е (ЭДС индукции).

е = Ем sin wt – ЭДС индукции, возникающая в рамке.

Ем = PSw – амплитуда ЭДС.

w – циклическая частота вынуждающей силы (ЭДС).

Сила тока и напряжение изменяются с частотой вынуждающей ЭДС.

u (U) = Um sinwt

i (I) = Im sin (wt + Y)

Y (фи) – сдвиг или разность фаз между токам и напряжением.

i,u,e – мгновенные значения величин.

Im,Um,Em – амплитудные значения величин.

Переменным током называют ток, изменяющийся со временем по гармоническому закону.

V (ню) = 50 Гц – стандартная или промышленная частота.

Под действием переменного электрического поля свободные электроны в проводнике совершают колебательные движения.

Величина, равная квадратному корню из среднего значения квадрата силы тока (напряжения, ЭДС) называется действующим значением силы переменного тока. I = Im/ (квадратный корень из 2) – действующее значение.

Амперметр и вольтметр в цепи переменного тока измеряют действующее значение.