Для получения электромагнитных колебаний нужно иметь цепь, в которой энергия электрического поля могла бы превращаться в энергию магнитного поля и обратно. Такую цепь называют колебательным контуром.
Занятие №43 Свободные электромагнитные колебании. Превращение энергии в колебательном контуре. Затухающие электромагнитные колебания. Для получения электромагнитных колебаний нужно иметь цепь, в которой энергия электрического поля могла бы превращаться в энергию магнитного поля и обратно. Такую цепь называют колебательным контуром. Поскольку магнитное поле получается в соленоиде, а электрическое – в конденсаторе, то простейший колебательный контур состоит из соленоида с индуктивностью L и конденсатора с ёмкостью C. R=0 (Сделать рис). Активное сопротивление проводников, из которой делают колебательный контур, должно быть достаточно малым, иначе электромагнитные колебания в контуре не возникнут. Рассмотрим подробнее, как происходят электромагнитные колебания. Зарядим конденсатор емкостью C до некоторого напряжения Когда заряды устремляются из конденсатора в катушку, то в ней создается э.д.с. самоиндукции, которая тормозит нарастание тока, но прекратить его не может. Ток нарастает до тех пор, пока конденсатор не разрядится полностью. В этот момент ток в цепи достигает максимальной величины Если активное сопротивление R настолько мало, что потерей энергии на нагревание проводников можно пренебречь, то
Собственными называются колебания при отсутствии активного сопротивления в цепи R = 0. В следующий момент магнитное поле в катушке начинает ослабевать и в ней наводится Э.Д.С. самоиндукции, поддерживающая прежнее направление тока, вследствие чего происходит перезарядка конденсатора, т.е. превращение магнитной энергии в электрическую. Когда магнитное поле в катушке исчезнет, то конденсатор опять начинает разряжаться и в контуре возникает ток обратного направления, пока вся электрическая энергия снова не перейдет в магнитную. Итак, полное колебание в контуре закончено, и далее весь описанный процесс повторяется снова в том же порядке. Время, затраченное на одно полное колебание, есть период электромагнитных колебаний T, а их число в единицу времени – частота колебаний Как показывает теория, колебания в идеальном контуре (при R = 0), т.е. собственные колебания, являются гармоническими. Период собственных колебаний определяется условием равенства реактивных сопротивлений катушки и конденсатора, т.е. формулой
Частоту
Поскольку T = 2∏ Это соотношение называют формулой Томпсона Из предыдущей формулы следует, что для частоты v собственных колебаний в контуре получим
Из формулы Затухающие электромагнитные колебания. Электрический резонанс. Колебательный контур имеет некоторое активное сопротивление R, то, когда заряженный конденсатор, обладающий энергией W, соединяют с катушкой, при каждом колебании происходит уменьшение избыточной энергии контура W, так как она расходуется на нагревание проводников контура. Это означает, что в реальных случаях свободные колебания в контуре являются затухающими т.к R не= 0. Очевидно, что скорость затухания колебаний будет возрастать при увеличении активного сопротивления контура R, которое действует аналогично трению в механических колебаниях.
Чтобы получить незатухающие электромагнитные колебания, можно включить в колебательный контур источник внешней синусоидальной Э.Д.С. Под действием этой Э.Д.С. в контуре установятся вынужденные колебания с частотой этого источника Если теперь изменять частоту внешнего источника Когда частота внешнего источника При увеличении активного сопротивления контура R резонансные кривые идут ниже. При электрическом резонансе цепь фактически обладает только активным сопротивлением, т.е. нет сдвига фаз между силой тока и напряжением, хотя до и после резонанса этот сдвиг фаз есть. Проанализируем формулу:
Таким образом: резонанс в электрической цепи переменного тока – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний силы тока в колебательном контуре при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с частотой свободных незатухающих колебаний в контуре.
Явление электрического резонанса широко используется при осуществлении радиосвязи в схемах настройки радиоприёмников (для выделения сигнала требуемой частоты), усилителей, генераторов высокочастотных колебаний. На явлении резонанса основана работа многих измерительных приборов. Например, резонансный волномер используется для измерения частоты и является основной частью генераторов стандартных сигналов.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|