Электромагнитные колебания. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре

1.

РАЗДЕЛ 5. КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ
5.2 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР. СВОБОДНЫЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В
ИДЕАЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ.

2.

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
• Колебательный контур — это устройство, в котором могут
происходить свободные электромагнитные колебания.
• Также можно сказать, что колебательный контур — это
электрическая цепь, работа которой порождает электромагнитное
поле.

3.

• Колебательные контуры — неотъемлемая
часть многих производственных процессов.
С их помощью изготавливают
радиоприёмники, генераторы сигналов, блоки
измерения частоты, контроллеры частоты
напряжения на двигателях. Без них не было бы
возможно создание домофона,
электромагнитов, различных датчиков, с
которыми мы встречаемся ежедневно.
• Колебательный контур состоит из двух
компонентов: катушки индуктивности и
конденсатора.

4.

• Катушка индуктивности (или соленоид)
— это стержень с несколькими слоями
обмотки медной проволокой. Именно он
создаёт колебания в колебательном контуре.
• Стержень, находящийся в середине катушки,
называется дроссель, или сердечник.
• Катушка способна создавать колебания,
только если есть электрический заряд. Она
обладает низким сопротивлением.

5.

• Конденсатор — это элемент, способный накопить в себе большое
количество электрического заряда. Он состоит из двух обкладок,
между которыми находится диэлектрик (вещество, не проводящее
электрический ток).

6.

• Отличие конденсатора от обычного аккумулятора:
В аккумуляторе происходит превращение механической, химической,
световой и других энергий в электрическую, в конденсаторе же
накапливается заряд, который он может отдать весь сразу.
• Часто в электрическую цепь колебательного контура подключают
ещё один элемент — резистор, который обладает сопротивлением
и контролирует силу тока и напряжение в цепи.

7.

ВИДЫ КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРОВ
• По типу соединения колебательные контуры можно разделить на
последовательный и параллельный.
• Колебательный контур, схема последовательного соединения:
• Колебательный контур, схема параллельного соединения:

8.

Также выделяют особый тип контура — идеальный контур.
• Идеальный колебательный контур — контур, сопротивление
которого отсутствует, порождая при этом незатухающие свободные
электромагнитные колебания.
• Идеальный колебательный контур — всего лишь
идеализированная математическая модель, допущение, с помощью
которого можно вывести формулы, ускорить расчёты и оценить
характеристики контура в производстве.

9.

СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В
ИДЕАЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ
• Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из
катушки индуктивностью L и конденсатора электроемкостью C.
• Если предварительно зарядить конденсатор (рис. a), то
получим колебательный контур (рис. б).

10.

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

11.

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 WL становится максимальной.

12.

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

13.

4) Конденсатор разряжается, но ток протекает уже в обратном
направлении.

14.

• 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.

15.

• Нахождение силы тока, заряда и напряжения при отсутствии
потерь:

16.

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.

17.

ЭНЕРГИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО КОНТУРА
• Если пренебречь потерями (R=0), то полная энергия колебательного
контура остается постоянной. Выполняется закон сохранения
энергии.

18.

РЕЗОНАНС В LC-КОНТУРЕ
• Резонансная частота - это величина, которая описывает колебания
в контуре.
• Частота колебаний и период — взаимно обратные величины,
значит:

19.

• В электрическом колебательном контуре резонанс (резкое увеличение
амплитуды колебаний) происходит на определённой частоте, когда
индуктивность L и ёмкость C уравновешены. Благодаря этому энергии
могут свободно циркулировать между магнитным полем индуктивного
элемента и электрическим полем конденсатора.

20.

МГНОВЕННЫЕ ЗНАЧЕНИЯ СИЛЫ
ТОКА, ЭДС САМОИНДУКЦИИ
• Мгновенное значение силы тока в катушке:

21.

• Мгновенное значение ЭДС самоиндукции:

22.

Домашнее задание:
Повторить изученный материал. С 74–85 прочитать материал по
теме занятия.