Электромагнитные колебания. Колебательный контур

Содержание

Слайд 2

ОТКРЫТИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
КОЛЕБАНИЙ

?

?

N

N

S

S

I

I

Замыкали обкладки лейденской
банки с помощью катушки

Обнаруживали

ОТКРЫТИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ? ? N N S S I I
намагничивание
стальной спицы, помещенной внутрь катушки

Удивляло то, что заранее
невозможно было предсказать,
какой конец спицы будет
северным полюсом,
а какой - южным

При разрядке конденсатора через катушку возникают колебания: конденсатор успевает многократно перезарядиться и ток меняет направление много раз

Слайд 3

Периодические или почти периодические изменения
заряда, силы тока и напряжения называются
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ

Система,

Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ
в которой могут осуществляться такие колебания,
называется
КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ

L

C

Обнаружить наличие колебаний позволяет
прибор - ОСЦИЛЛОГРАФ

Рассмотрим подробно процессы, происходящие
в колебательном контуре

Слайд 4

Немецкий учёный. Занимался проблемами электродинамики, создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и

Немецкий учёный. Занимался проблемами электродинамики, создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и
ёмкости.

Гельмгольц Герман Людвиг
1821–1894 гг.

Слайд 5

Конденсатор

Конденсатор

Слайд 6

Конденсатор

L

C

I

Ii

-

+

+

+

+

-

-

-

-

+

I

Ii

+

-

Конденсатор перезарядился

Конденсатор перезарядился

Конденсатор разряжается

Конденсатор разряжается

Конденсатор перезаряжается током самоиндукции катушки

Конденсатор перезаряжается током самоиндукции

Конденсатор L C I Ii - + + + + - -
катушки

Начальное состояние
Конденсатор заряжен

Слайд 8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L

C

Система, в которой могут осуществляться свободные электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.

L C Система, в которой могут осуществляться свободные электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.

Слайд 9

 

 

 

 

 

-

-

+

+

+

-

L

L

L

L

L

C

C

C

C

C

q

q

q

I

I

- - + + + - L L L L L C

Слайд 10

Осциллограф – прибор, который позволяет обнаружить наличие колебаний.

Осциллограф – прибор, который позволяет обнаружить наличие колебаний.

Слайд 12

Свободными колебаниями называются колебания,
которые возникают в системе, выведенной из
состояния равновесия,

Свободными колебаниями называются колебания, которые возникают в системе, выведенной из состояния равновесия,
только за счёт внутренних сил.

Свободные колебания

+

-

-

-

-

+

+

+

Слайд 13

Электромагнитные колебания — это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин

Электромагнитные колебания — это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин
(заряда, силы тока, напряжения, напряжённости, магнитной индукции и др.) в электрической цепи.

q, i

 

 

 

 

i

q

T

T

Электромагнитные колебания

 

Слайд 14

Вынужденные электромагнитные колебания – это колебания, которые возникают в цепи под действием

Вынужденные электромагнитные колебания – это колебания, которые возникают в цепи под действием
внешней периодической электродвижущей силы.

L

C

R

q

-q

+

-

1

2

 

K

Слайд 15

1

2

q

-q

+

+

+

-

-

-

 

где q — заряд конденсатора;
С — его электроёмкость.

– энергия электрического

1 2 q -q + + + - - - где q
поля конденсатора

Слайд 16

1

2

q

-q

+

+

+

-

-

-

 

– энергия магнитного поля катушки

где I — сила переменного тока;
L —

1 2 q -q + + + - - - – энергия
индуктивность катушки.

Слайд 17

 

Полная энергия электромагнитного
поля контура

Полная энергия электромагнитного поля контура

Слайд 18

R

L

C

В момент, когда конденсатор полностью разрядится, энергия электрического поля станет равной нулю.

R L C В момент, когда конденсатор полностью разрядится, энергия электрического поля
Энергия же магнитного поля тока, согласно закону сохранения энергии, будет максимальной. В этот момент сила тока также достигнет максимального значения.

Слайд 19

В колебательном контуре энергия электрического поля заряженного конденсатора периодически превращается в энергию

В колебательном контуре энергия электрического поля заряженного конденсатора периодически превращается в энергию магнитного поля тока.
магнитного поля тока.

 

 

Слайд 20

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ

МЕХАНИЧЕСКИЕ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Изменяются периодически:
координата
скорость
потенциальная энергия
кинетическая энергия

Изменяются периодически:
заряд

СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ Изменяются периодически: координата скорость потенциальная энергия кинетическая энергия
сила тока
энергия электрического поля
энергия магнитного поля

Совершаются
математическим маятником
пружинным маятником

Совершаются
в колебательном контуре

Слайд 21

 

 

 

 

 

-

-

+

+

+

-

L

L

L

L

L

C

C

C

C

C

q

-q

q

I

I

 

 

 

 

 

- - + + + - L L L L L C

Слайд 22

 

 

 

 

 

-

-

+

+

+

-

L

L

L

L

L

C

C

C

C

C

q

q

q

I

I

- - + + + - L L L L L C

Слайд 23

Сравнительная таблица
механических и электромагнитных колебаний

Сравнительная таблица механических и электромагнитных колебаний

Слайд 25

 

Уравнение, описывающее свободные
электрические колебания в контуре

+

Уравнение, описывающее свободные электрические колебания в контуре +

Слайд 26

Уравнение, описывающее свободные
электрические колебания в контуре

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнение, описывающее свободные электрические колебания в контуре

Слайд 27

Физический смысл полученного уравнения состоит в том, что скорость изменения энергии магнитного

Физический смысл полученного уравнения состоит в том, что скорость изменения энергии магнитного
поля по модулю равна скорости изменения энергии электрического поля; знак минус указывает на то, что, когда энергия электрического поля возрастает, энергия магнитного поля убывает и наоборот. Именно благодаря этому полная энергия не меняется.

Слайд 29

 

– циклическая частота
пружинного маятника

 

– циклическая частота свободных электрических колебаний

– циклическая частота пружинного маятника – циклическая частота свободных электрических колебаний

Слайд 30

 

Период свободных колебаний в электромагнитном контуре:

 

Период колебаний груза на пружине:

Период свободных колебаний в электромагнитном контуре: Период колебаний груза на пружине:

Слайд 31

У. Томсон (Кельвин)
1824–1907 гг.

 

Формула Томсона:

У. Томсон (Кельвин) 1824–1907 гг. Формула Томсона:

Слайд 32

Уравнение изменения заряда конденсатора
со временем

 

Уравнение изменения заряда конденсатора со временем

Слайд 33

Уравнение изменения заряда конденсатора
со временем

 

 

Уравнение изменения заряда конденсатора со временем

Слайд 34

 

Сила тока совершает гармонические колебания

 

 

Сила тока совершает гармонические колебания

Слайд 35

 

q, i

 

 

 

 

 

i

q

 

 

 

q, i i q

Слайд 36

Задача. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора.
Индуктивность катушки уменьшили

Задача. Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Индуктивность катушки уменьшили
от 32 мГн до 4 мГн. Как и во сколько раз изменится в результате этого период электромагнитных колебаний в контуре?

Дано:

Решение:

Ответ: в 4 раза увеличится период колебаний,
соответственно в 4 раза уменьшится частота колебаний .