«Світ в якому ми живемо, дивовижно схильний до коливання» Р. Бішоп.
Сучасне суспільство неможливо уявити без швидкого обміну інформацією, тобто без мобільних телефонів, Інтернету. Хоча не так давно — понад століття тому — винайшли радіо і менш ніж століття як почалися перші регулярні телетрансляції. Усі ці досягнення техніки ґрунтуються на передаванні та прийманні радіосигналів. Сьогодні ми ознайомимся з фізичним пристроєм, що є обов’язковою складовою більшості радіопередавачів і радіоприймачів.
Тема:ВІЛЬНІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ �КОЛИВАННЯ В КОЛИВАЛЬНОМУ КОНТУРІ. ФОРМУЛА ТОМСОНА.
Мета: З'ясувати механізм виникнення вільних електричних коливань і перетворення електричної та магнітної енергій в коливальному контурі;
дослідити від чого залежить період коливань.
Електромагнітні коливання
Періодичні або майже періодичні зміни електричного заряду, сили струму або напруги, які відбуваються з дуже великою частотою, яка значно більша за частоту механічних коливань
ВІЛЬНІ коливання
Коливання які виникають в системі після виведення її з положення рівноваги.
ВИМУШЕНІ коливання
Коливання в колі під дією зовнішнішньої періодичної электрорушійної сили.
МЕХАНІЧНІ ВЕЛИЧИНИ | ЕЛЕКТРИЧНІ ВЕЛИЧИНИ |
Координата х | Електричний заряд q |
Швидкість v | Сила струму I |
Маса тягарця m | Індуктивність L |
Жорсткість пружини k | Величина обернена до ємності 1/C |
Потенціальна енергія kx2 2 | Енергія електричного поля q2 2C |
Кінетична енергія mv2 2 | Енергія магнітного поля LI2 2 |
Аналогії між величинами
Це коливальна система ,в якій можуть виникати вільні електромагнітні коливання.
Складається з послідовно з’єднаних конденсатора і котушки індуктивності.
КОЛИВАЛЬНИЙ КОНТУР
Заряджаємо конденсатор від джерела струму. Конденсатор отримує енергію:
Перетворення енергії
Під час розряду конденсатора , протягом першої чверті періоду енергія електричного поля перетворюється на енергію магнітного поля:
Механізм коливальних процесів
Повна енергія электромагнітного поля коливального контуру в будь-який момент часу дорівнює сумі енергій магнітного і електричного полів
Закон збереження енергії для ідеального коливального контуру
Періодичні зміни фізичної величини, що відбуваються за законом синуса або косинуса.
В електромагнітних коливаннях відбуваються гармонічні коливання заряду, сили струму і напруги ( q, I, U ).
Гармонічні коливання
Гармонічні коливання в контурі
Амплітуда
Максимальне значення величини, яка коливається
Період
Період коливань T — фізична величина, яка характеризує коливання і дорівнює мінімальному інтервалу часу, через який значення змінної величини повторюється, тобто часу, за який здійснюється одне повне коливання
Період коливального контуру визначається за формулою Томсона:
|
Уи́льям Томсон, барон Ке́львин - британський фізик, механік і інженер. Відомий своїми роботами в області термодинаміки, механіки, електродинаміки. Член і президент Лондонського королівського суспільства, іноземний член Паризької академії наук, іноземний член-кореспондент і почесний член Петербурзької академії наук.
Частота
кількість коливань за одиницю часу.
кількість коливань за 2π секунд.
Циклічна частота
Фаза коливань
Фаза коливань — фізична величина,
яка характеризує стан коливальної системи в даний момент часу
Резонансом в електричному коливальному контурі називається явище різкого зростання амплітуди вимушених коливань сили струму у разі збігу частоти зовнішньої змінної напруги із власною частотою коливального контуру.
Рівняння механічних коливань
х=Хmaxcos(ωt+φo)
Рівняння коливань:
заряду q=qmaxcos(ωt+φo)
cили струму
I=Imaxcos(ωt+φo)
напруги U=Umaxcos(ωt+φo)
На рисунку наведений графік гармонічного коливання. Знайдіть амплітуду, частоту й період коливання. Запишіть формулу залежності і(t).
Який період вільних електромагнітних коливань у контурі, що складається з конденсатора ємністю 400 мкФ і котушки з індуктивністю 90 мГн?
1в Заряд на конденсаторі змінюється за законом q=0,01cos π t /8 Індуктивність котушки 4Гн.
Визначте: а) амплітуду, період і частоту;
б)ємність конденсатора.
2в. Ємність конденсатора коливального контуру 1 мкФ, індуктивність котушки 4Гн,
амплітуда заряду 8 мкКл. Напишіть рівняння коливань заряду .
На рисунку наведений графік гармонічного коливання. Знайдіть амплітуду, частоту й період коливання. Запишіть формулу залежності u(t).�
Знайти відповідність
1 Фізичний пристрій, який складається з послідовно з’єднаних конденсатора і котушки індуктивності. | 2 Періодичні зміни заряду на обкладках конденсатора й періодичні зміни сили струму в котушці | 3. Пристрій для накопичення електричного заряду, який складається з двох провідних обкладок, розділених шаром діелектрика. | 4 Фізична величина, яка характеризує коливання і дорівнює часу, за який здійснюється одне повне коливання: |
5. Коливання, за яких значення змінної величини змінюється з часом за гармонічним законом (законом косинуса або синуса), називають …
| 6. Фізична величина, яка характеризує стан коливальної системи в даний момент часу | 7.Фізична величина, яка характеризує конденсатор, називається
| 8. Фізична величина, яка характеризує коливання і чисельно дорівнює кількості повних коливань, які здійснюються за одиницю часу |
9. Фізична величина, яка характеризує коливання і дорівнює максимальному значенню змінної величини. | 10. Фізична величина, яка характеризує коливання і чисельно дорівнює кількості повних коливань, які здійснюються за 2π секунд | 11. Існують у системі за рахунок надходження енергії від постійного джерела за умови, що надходження енергії регулюється самою системою. | 12 Різке збільшення амплітуди коливань у разі, якщо частота зовнішнього періодичного впливу збігається з власною частотою коливань системи |
А. Гармонічні коливання. | Ж. Частота коливань n — фізична величина, яка характеризує коливання і чисельно дорівнює кількості повних коливань, які здійснюються за одиницю часу | К. Коливальний контур | Л. Електроємність |
Е. Автоколивання | Б. Період коливань
| Г. Циклічна частота | Н. Амплітуда коливань
|
Д. резонансу — різке збільшення амплітуди коливань у разі, якщо частота зовнішнього періодичного впливу збігається з власною частотою коливань системи | З. Фаза коливань | В. Вільні електромагнітні коливання | Р. Конденсатор |
Коди відповідей:�1-К, 2-В, 3-Р, 4-Б, 5-А, 6-З, 7-Л, 8-Ж, 9-Н, 10-Г, 11-Е, 12-Д
Домашнє завдання
Вивчити §18
Виконати №№ 1,2,3 вправи18