Свободные электромагнитные колебания

1.

СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
КОЛЕБАНИЯ
Цели обучения:
9.4.4.1- описывать качественно свободные
электромагнитные колебания в
колебательном контуре

2.

Электромагнитные колебанияпериодические или почти
периодические изменения заряда,
силы тока, напряжения

3.

СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
КОЛЕБАНИЯ
Колебания, происходящие в
колебательном контуре при сообщении
заряда конденсатору

4.

R≠ 0
колебания затухающие
R=0
идеальный колебательный
контур

5.

Колебательный контурустройство с помощью которого можно
получить электромагнитные колебания

6.

Колебательный контур
Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из катушки
индуктивностью L и конденсатора электроемкостью C.
Если предварительно зарядить конденсатор и замкнуть
на катушку, то получим колебательный контур, в котором
возникнут свободные колебания q, i, u, es
C
L

7.

1) В начальный момент времени конденсатор имеет
максимальный заряд, обладает максимальной энергией WC.
WCm
WL = 0

8.

2) В следующий момент времени конденсатор начинает
разряжаться. В цепи появляется ток. По мере разрядки
конденсатора ток в цепи и в катушке нарастает. Из-за явления
самоиндукции это происходит не мгновенно. Энергия катушки W L
становится максимальной.
WC
WL
WC = 0
WLm

9.

3) Электрические заряды вновь накапливаются на
конденсаторе, но обкладка конденсатора, первоначально
заряженная положительно, будет заряжена отрицательно.
Энергия конденсатора станет максимальной.
WC
WL

10.

4) Конденсатор снова разряжается, но ток протекает уже в
обратном направлении.
Этот процесс будет повторяться снова и снова. Возникнут
электромагнитные колебания. Если отсутствуют потери (R=0), то
сила тока, заряд и напряжение со временем изменяются по
гармоническому закону.
WCm
WL = 0

11.

Полная энергия контура
Полная энергия W электромагнитного поля контура
остается постоянной (при отсутствии сопротивления)
и равной сумме энергий магнитного и электрического
полей.
Полная энергия, в силу закона сохранения энергии,
равна максимальной энергии электрического или
магнитного поля

12.

Период колебаний. Формула Томсона
Наименьший промежуток времени, в течение которого
происходит переход зарядов с одной обкладки
конденсатора на другую и обратно, называется периодом
свободных электромагнитных колебаний.
Формула Томсона
в честь английского физика
Уильяма Томсона, который
вывел её в 1853 году
Уильям Томсон, лорд Кельвин

13.

14.

Полная энергия контура
Полная энергия W электромагнитного поля контура
остается постоянной (при отсутствии сопротивления)
и равной сумме энергий магнитного и электрического
полей.
Полная энергия, в силу закона сохранения энергии,
равна максимальной энергии электрического или
магнитного поля

15.

Механические
колебания
Электромагнитные
колебания
Координата х
Заряд q
Скорость Vх
Сила тока I
Масса m
Индуктивность L
Жёсткость k
Величина 1/С
Потенциальная энергия Энергия электрического поля
конденсатора
Кинетическая
Энергия магнитного поля
катушки

16.

Вывод
Процесс перекачки энергии в колебательном контуре
между электрическим полем конденсатора при его разрядке и
магнитным полем, сосредоточенным в катушке, полностью
аналогичен процессу превращения потенциальной энергии
растянутой пружины в кинетическую энергию при колебаниях
Гармонические колебания, независимо от их природы,
описываются теми же уравнениями

17.

Графики колебаний