На главую страницу

Физика → Методика → Экзамены → Ответы на билеты устных экзаменов → 19. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях


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

1. Определение электромагнитных колебаний. 2. Колебательный контур. 3. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях. 4. Формула Томсона. 5. Вынужденные электромагнитные колебания.. 6. Распространенные ошибки.

Электромагнитные колебания — это колебания электрического и магнитного полей, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, силы тока и напряжения. Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать свободные электромагнитные колебания, является колебательный контур. Колебательный контур — это цепь, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 29, а). Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушке потечет ток (рис. 29, б). Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоиндукции в катушке. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет иметь то же направление и перезарядит конденсатор (рис. 29, в). Процесс будет повторяться (рис. 29, г) по аналогии с колебаниями маятниками. Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора ( W_Э = CU^2/2 ) в энергию магнитного поля катушки с током ( W_M = LI^2/2), 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  T = 2 \pi \sqrt {L C} . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью  \nu = 1/T .

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 индукционный генератор.

Согласно закону электромагнитной индукции, в нем возникает ЭДС с частотой 50 Гц, изменяющаяся по гармоническому закону  e = \varepsilon \sin \omega t .

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. Действительно, если ток изменится по гармоническому закону  i = I_m \cos \omega t , то его магнитное поле также совершает гармоническое колебание с частотой  \omega . Причина тока — электрическое поле. Следовательно, с такой же частотой меняется электрическое поле в проводнике.


[правил ]

Оставить комментарий
Сообщить об ошибке