ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ DEMO презентация

т. 8 928 111 7884
Пишите: safron-47@mail.ru

С и катушки
с индуктивностью L.

Колебательный контур

Свободные электромагнитные гармонические колебания
в контуре без сопротивления возникают при подключении катушки
к заряженному конденсатору.

За счет явления самоиндукции в цепи возникают гармонические колебания
заряда q, напряжения U на конденсаторе
и силы тока i в катушке индуктивности.
Сопротивление проводников не учитывается.

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

заряда на конденсаторе;

Здесь:

U0= q0/С —амплитудное значение напряжения на конденсаторе;

i0 = ω q0 —амплитудное значение силы тока в катушке;

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

t = T/2

1) t = 0. В начальный момент времени вся энергия контура W
сосредоточена в электрическом поле конденсатора

Конденсатор начинает разряжаться и электрический ток,
направленный от (+) к (–), создает в катушке магнитное поле.
Энергия электрического поля переходит в энергию магнитного.

2) t = T/4. Энергия контура W сосредоточена в магнитном поле катушки:

Конденсатор разрядился. Основной ток должен исчезнуть,
но возникающий при этом ток самоиндукции поддерживает
убывающий ток (правило Ленца) и перезаряжает конденсатор.

3) t = T/2. Энергия контура W сосредоточена в электрическом поле
перезаряженного конденсатора:

4) t = 3T/4. Далее процесс повторяется.

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

энергий в колебательном контуре в два раза меньше периода колебаний заряда, напряжения и силы тока (T).

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

поля в энергию магнитного и наоборот.
При этом выполняется

закон сохранения электромагнитной энергии:

Свободные затухающие колебания

Всякий реальный контур обладает активным сопротивлением.

Энергия контура расходуется на нагревание проводника.
Амплитуда колебаний уменьшается, колебания затухают.

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

генератором

Генератор вырабатывает синусоидальное эдс

ε0 — амплитуда эдс,

Ω — частота генератора.

В контуре возникают вынужденные колебания с частотой генератора Ω.

Резонанс в колебательном контуре

Резонанс в электрической цепи —
явление резкого возрастания амплитуды тока I0. Частота внешней ЭДС, при которой наблюдается резонанс, называется резонансной частотой рез и примерно равна собственной частоте колебаний

Чем больше активное сопротивление R,
тем меньше амплитуда колебаний тока I0.

Резонансные кривые

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

сопротивлении
меняются в одной фазе (синфазно), поэтому мощность,
выделяемая на активном сопротивлении :

График мощности переменного тока

Период колебания мощности (TР ) в колебательном контуре в два раза меньше периода колебаний заряда, напряжения и силы тока (T).

— это соответствующие значения для постоянного тока, совершающего такую же работу, что и переменный ток:

Активное, емкостное и индуктивное сопротивления.
♦Активным называется сопротивление R, Ом на котором выделяется теплота.
♦Индуктивное (реактивное) сопротивление катушки переменному току
XL = Lω,(Ом)—возникает за счет явления самоиндукции. На нем не выделяется теплота.
♦Емкостное (реактивное) сопротивление конденсатора переменному току
XC = 1/(Cω), (Ом) — возникает вследствие диэлектрического зазора конденсатора.
На нем не выделяется теплота.

Действующие (эффективные) значения мощности,
силы переменного тока и напряжения

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

поле с индукцией В.

Генератор состоит из одного или
нескольких (N) витков площадью S.

Витки вращаются с постоянной
угловой скоростью ω = ϕ/t.

За счет вращения, магнитный поток, пересекающий контур, меняется по гармоническому закону:

Возникающая переменная ЭДС и переменный ток

также меняются гармонически.

R — сопротивление цепи, N — число витков.

— амплитудное значение ЭДС,

— амплитудное значение силы тока,

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

2015 safron-47@mail.ru

происходящие с частотой генератора ω=2πν:

Частота тока в потребительской цепи ν = 50 Гц.

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

Состоит из первичной и вторичной обмоток
и ферритового сердечника.

Переменный ток, создаваемый генератором в первичной обмотке, порождает
переменный магнитный поток Ф0, который
усиливается ферритовым сердечником
и передается во вторичную обмотку.

Во вторичной обмотке возникает
индукционная ЭДС U2:

Коэффициент трансформации:

N1 и N2— число витков в первичной и вторичной обмотках.

U1 и U2— напряжение на первичной и вторичной обмотках.

Если N1>N2 — трансформатор понижает напряжение, N1

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

нагревание проводов, то есть уменьшить силу тока I

При одинаковой передаваемой мощности N = IU ток, а следовательно, и потери энергии, будут уменьшаться, если увеличить напряжение (уменьшить ток) при котором передают энергию. Поэтому передачу энергии делают по такой схеме (рис.):

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

что явление электромагнитной индукции объясняется тем, что переменное магнитное поле создает в пространстве вихревое электрическое поле с замкнутыми силовыми линиями.
Максвелл предположил, что переменное электрическое поле также создает в пространстве вихревое магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями.
То есть, для существования электромагнитного поля не требуется проводников с током и заряженных конденсаторов (колебательный контур), оно может существовать само по себе даже в вакууме.

Раскроем колебательный контур (рис). Переменное электрическое поле создает переменное магнитное,
магнитное — электрическое и т.д. — в пространстве распространяется электромагнитная волна.
Прием волн осуществляется с помощью антенны и колебательного контура,
настроенного на частоту передатчика (рис).
За счет резонанса в контуре выделяется только нужная частота, затем она детектируется, усиливается
и превращается в звуковые колебания или видео.

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

скоростью света
и является максимальной скоростью передачи сигнала.

За счет взаимодействия с атомами среды, скорость волн в прозрачном диэлектрике уменьшается.

17.4. Свойства электромагнитных волн

Электромагнитные волны обладают теми же свойствами, что и свет:
они отражаются и преломляются на границе двух прозрачных
диэлектриков, отражаются от металлов;

— волны, имеющие одинаковую частоту и постоянную разность фаз (когерентные волны) складываются друг с другом, за счет чего усиливают или ослабляют друг друга (явление интерференции);

— электромагнитные волны огибают препятствия,
соизмеримые с их длиной волны (явление дифракции).

Электромагнитные волны — поперечные,
поэтому для них наблюдается явление поляризации.

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

имеют качественно различные свойства:
по мере перехода к малым длинам волн волновые свойства
(интерференция и дифракция) проявляются слабее,
а корпускулярные (фотоэффект) — сильнее.

104 м – 10-3 м – 0.7 10-6 м – 0.4 10-6 м 10-9м –10-11 м
метры миллиметры микроны микроны нанометры ангстремы

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru