Презентация к уроку физики в 11 классе "Свободные электромагнитные колебания"

Свободные электромагнитные колебания

Свободные электромагнитные колебания

Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями. Обычно эти колебания происходят с очень большой частотой, значительно превышающей частоту механических колебаний. Поэтому для их наблюдения и исследования очень удобен электронный осциллограф.
В электронно-лучевой трубке осциллографа узкий пучок электронов попадает на экран, способный светиться при его бомбардировке электронами. На горизонтально отклоняющие пластины трубки подается переменное напряжение развертки uр пилообразной формы (рис. 4.1).
Эти колебания являются свободными. Свободными колебаниями называются колебания, которые возникают в системе после выведения ее из положения равновесия.
В нашем случае КС выводится из равновесия при сообщении конденсатору заряда.

Колебательный контур. Превращение энергии при электромагнитных колебаниях

Простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания, состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к его обкладкам (рис. 4.3), и называется колебательным контуром.

Зарядим конденсатор, присоединив его на некоторое время к батарее с помощью переключателя (рис. 4.4, а). При этом конденсатор получит энергию


где qm — заряд конденсатора, а С — его электроемкость. Между обкладками конденсатора возникнет разность потенциалов Um.

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях

Переведем переключатель в положение 2 (рис. 4.4, б). Конденсатор начнет разряжаться, и в цепи появится электрический ток. Сила тока не сразу достигает максимального значения, а увеличивается постепенно. Это связано с явлением самоиндукции. ЭДС самоиндукции возникает при появлении тока в цепи и препятствует его увеличению, поэтому ток в цепи растет постепенно.
По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля уменьшается, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока, которая определяется формулой

где i — сила переменного тока; L — индуктивность катушки.
Полная энергия W электромагнитного поля контура равна сумме энергий его магнитного и электрического полей:

Превращение энергии при электромагнитных колебаниях

В результате явления самоиндукции ток не может прекратиться сразу, возникает ЭДС самоиндукции, которая стремится поддерживать ток.
В результате конденсатор будет перезаряжаться до тех пор, пока сила тока, постепенно уменьшаясь, не станет равной нулю. Энергия магнитного поля в этот момент также будет равна нулю, энергия электрического поля конденсатора опять станет максимальной.

После этого конденсатор вновь начнет перезаряжаться, и система возвратится в исходное состояние. Если бы не было потерь энергии, то этот процесс продолжался бы сколь угодно долго. Колебания были бы незатухающими. Через промежутки времени, равные периоду колебаний, состояние системы в точности повторялось бы. Полная энергия при этом сохранялась бы неизменной, и ее значение в любой момент времени было бы равно максимальной энергии электрического поля или максимальной энергии магнитного поля:

Работа колебательного контура

Колебательный контур входит в состав генератора высокочастотных электромагнитных колебаний, который применяется в радиовещании (т. е. передаче звуковой информации на большие расстояния).

Затухающие колебания

В колебательном контуре энергия электрического поля заряженного конденсатора периодически переходит в энергию магнитного поля тока. При отсутствии сопротивления в контуре полная энергия электромагнитного поля остается неизменной.

Но в действительности потери энергии неизбежны. Так, в частности, катушка и соединительные провода обладают сопротивлением R, а это ведет к постепенному превращению энергии электромагнитного поля во внутреннюю энергию проводника.

Упражнения

Колебательный контур содержит конденсатор электроемкостью С=8 пФ и катушку индуктивностью L=0,5 мГн. Максималь­ная сила тока в катушке Iт=40 мА. Определите максимальное напряжение на обкладках конденсатора.
Колебательный контур имеет индуктивность L=1,6 мГн и электроемкость С=0,04 мкФ, максимальное напряжение на конденсаторе Um=200 В. Определите максимальную силу тока в контуре, считая его идеальным.
Амплитуда силы тока при свободных колебаниях в колебательном контуре 100 мА. Какова амплитуда напряжения на конденсаторе колебательного контура, если емкость этого конденсатора 1 мкФ, а индуктивность катушки 1 Гн? Активным сопротивлением пренебречь.
Начальный заряд, сообщенный конденсатору колебательного контура, уменьшили в 2 раза. Во сколько раз изменились: а) амплитуда напряжения; б) амплитуда силы тока; в) суммарная энергия электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки?

Образцы заданий ЕГЭ

Домашнее задание

Каким видом энергии обладает колебательный контур в моменты времени, когда ток в катушке имеет максимальное значение?
энергией электрического поля
энергией магнитного поля
энергией электрического и магнитного полей
2. Почему в идеальном колебательном контуре конденсатор не может мгновенно разрядиться?
этому препятствует возникающий индукционный ток в катушке
скорость электронов имеет конечный предел
этому препятствует электрическое поле конденсатора
3. Каким видом энергии обладает колебательный контур в моменты времени, когда заряд конденсатора максимален?
энергией электрического поля
энергией магнитного поля
энергией магнитного и электрического полей

Использованные ссылки

http://ens.tpu.ru/POSOBIE_FIS_KUSN/%D0%9A%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B1%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F%20%D0%B8%20%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D1%8B.%20%D0%93%D0%B5%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F%20%D0%B8%20%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F%20%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0/ima/image661.jpg
http://xn--24-6kct3an.xn--p1ai/%D0%A4%D0%B8%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0_11_%D0%BA%D0%BB_%D0%9C%D1%8F%D0%BA%D0%B8%D1%88%D0%B5%D0%B2/31.html
https://videouroki.net/tests/koliebatiel-nyi-kontur-poluchieniie-eliektromaghnitnykh-koliebanii-pioryshkin.html?login=ok
https://obrazovaka.ru/wp-content/uploads/2020/06/skhema-kolebatelnogo-kontura-e1591061785169.png