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

Электромагнитные колебания — это колебания электрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, тока и напряжения. Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать электромагнитные колебания, является колебательный контур. Колебательный контур — это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 41, а). Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушке потечет ток (рис. 41, б). Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоиндукции в катушке. Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сторону и перезарядит конденсатор (рис. 41, в). Ток в данном направлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении (рис. 41, г). Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки с током , 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 . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью

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 генератор незатухающих колебаний, который является примером автоколебательной системы.

 

Переменный электрический ток. Активные и реактивные сопротивления в цепях переменного тока.

- Переменным называется ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени Т.

- В электрической цепи переменного тока существует два вида сопротивлений: активное и реактивное. Это является существенным отличием от цепей постоянного тока.

Активное сопротивление

При прохождении тока через элементы, имеющие активное сопротивление, потери выделяющейся мощности необратимы. Примером может служить резистор, выделяющееся на нем тепло, обратно в электрическую энергию не превращается. Кроме резистора активным сопротивлением может обладать линии электропередач, соединительные провода, обмотки трансформатора или электродвигателя.

Отличительной чертой элементов имеющих чисто активное сопротивление – это совпадение по фазе тока и напряжения, поэтому вычислить его можно по формуле

Активное сопротивление зависит от физических параметров проводника, таких как материал, площадь сечения, длина, температура.

Реактивное сопротивление

При прохождении переменного тока через реактивные элементы возникает реактивное сопротивление. Оно обусловлено в первую очередь ёмкостями и индуктивностями.

Индуктивностью в цепи переменного тока обладает катушка индуктивности, причём в идеальном случае, активным сопротивлением её обмотки пренебрегают. Реактивное сопротивление катушки переменному току создаётся благодаря её ЭДС самоиндукции. Причем с ростом частоты тока, сопротивление также растёт.

- Задача на определение периода и частоты свободных колебаний в колебательном контуре.

 

- Задача на применение формулы сопротивления параллельно соединенных резисторов.

Смотреть в тетради

- Задача на движение или равновесие частицы в электрическом поле.

- Задача на применение закона Джоуля – Ленца.

- Задача на применение закона Кулона.

- Задача на расчет удельного сопротивления материала проводника.

- Задача на применение закона Ома для полной цепи.

Найти силу тока в цепи, если известно что сопротивление цепи 11 Ом, а источник подключенный к ней имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 1 Ом.

Источник ЭДС подключен к резистору сопротивлением 10 Ом с помощью медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Найти силу тока, зная что ЭДС источника равно 12 В, а внутреннее сопротивление 1,9825 Ом.

- Задача на расчет общего сопротивления последовательно соединенных резисторов.

Задача: проводники сопротивлением 5 и 6 Ом соединены последовательно и включены в сеть напряжением 33 В. Определите силу тока в каждом проводнике.

Дано: R1=5 Ом R2=6 Ом U=33 В I -?

Решение: R=R1+R2 R=5 Ом+6 Ом=11 Ом I=U/R I=33В/11 Ом=3А

Ответ. I=3А.

 

Задача: проводники сопротивлением 4, 8 и 8 Ом соединены последовательно и включены в сеть напряжением 20 В. Определите силу тока в каждом проводнике.

Дано: R1=4 Ом R2=8 Ом R3=8 Ом U=20 В I -?

Решение: R=4 Ом+8 Ом+8 Ом=20 Ом. I=U/R I=20В/20 Ом=1А.

Ответ. I=1А.

 

Задача: два проводника сопротивлением 15 и 10 Ом соединены параллельно. Вычислите их общее сопротивление и силу тока в первом проводнике, если во втором она равна 1,5 А.

Дано: R1=15 Ом R2=10 Ом I2=1,5А R -? I1 -?

Решение: 1/R=1/R1+1/R2 1/R=1/15+1/10=1/6. R=6 Ом. U=I*R U2=1,5А*10 Ом=15В Так как соединение параллельное, то U2=U1=Uобщ.I1=U1/R1. I1=15В/15 Ом=1 А.

Ответ. R=6 Ом; I₁=1 А.

- Задача на применение формулы мощности постоянного тока.

Задача: сопротивление электрического паяльника 440 Ом. Он работает при напряжении 220 В. определите мощность, потребляемую паяльником.

Дано: R=440 Ом U=220В P -?

Решение: P=I*U I=U/R I=220В/440 Ом=0,5А. P=0,5А*220В=110В*А=110Вт

Ответ. P=110Вт

 

Задача: электрическая лампа включена в сеть напряжением 220В. Сила тока, проходящего через лампу, равна 0,45А. Чему равна мощность электрического тока в лампе за 2 с?

Дано: U=220В I=0,45А t=2с P -?

Решение: P=I*U P=0.45А*220В=99Вт   Примечание: время t - лишние данные задачи, т.к. мощность не зависит от времени.

Ответ. P=99Вт.

 

Задача: определите сопротивление электрической лампочки, на баллоне которой написано: "100Вт; 220 В".

Дано: P=100Вт U=220В R -?

Решение: P=U*I => I=P/U R=U/I I=100Вт/220В=0,4545 R=220В/0,4545А=484Ом.

Ответ. 484 Ом.

 

 

Магнитное поле и ЭМИ