Презентация "Колебательный контур"
СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В КОЛЕБАТЕЛЬНОМ КОНТУРЕ
L
C
Презентация "Колебательный контур"
ОТКРЫТИЕ СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
КОЛЕБАНИЙ
?
?
N
N
S
S
I
I
Замыкали обкладки лейденской
банки с помощью катушки
Обнаруживали 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
Презентация "Колебательный контур"
Периодические или почти периодические изменения
заряда, силы тока и напряжения называются
ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ КОЛЕБАНИЯМИ
Система, в которой могут осуществляться такие колебания,
называется
КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ КОНТУРОМ
L
C
Обнаружить наличие колебаний позволяет
прибор - ОСЦИЛЛОГРАФ
Рассмотрим подробно процессы, происходящие
в колебательном контуре
Презентация "Колебательный контур"
Немецкий учёный. Занимался проблемами электродинамики, создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и ёмкости.
Гельмгольц Герман Людвиг
1821–1894 гг.
Презентация "Колебательный контур"
Конденсатор
Презентация "Колебательный контур"
Конденсатор
L
C
I
Ii
-
+
+
+
+
-
-
-
-
+
I
Ii
+
-
Конденсатор перезарядился
Конденсатор перезарядился
Конденсатор разряжается
Конденсатор разряжается
Конденсатор перезаряжается током самоиндукции катушки
Конденсатор перезаряжается током самоиндукции катушки
Начальное состояние
Конденсатор заряжен
Презентация "Колебательный контур"
Презентация "Колебательный контур"
Презентация "Колебательный контур"
Презентация "Колебательный контур"
Презентация "Колебательный контур"
L
C
Система, в которой могут осуществляться свободные электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.
Презентация "Колебательный контур"
-
-
+
+
+
-
L
L
L
L
L
C
C
C
C
C
q
q
q
I
I
Презентация "Колебательный контур"
Осциллограф – прибор, который позволяет обнаружить наличие колебаний.
Презентация "Колебательный контур"
Электронно-лучевая трубка осциллографа
Горизонтальные
отклоняющиеся
пластины
Вертикальные
отклоняющиеся
пластины
Подогреватель
Анод
Модулятор
Катод
Люминесцентный
экран
Презентация "Колебательный контур"
t
U
T
График пилообразного напряжения
0
Презентация "Колебательный контур"
Горизонтальные
отклоняющиеся
пластины
Вертикальные
отклоняющиеся
пластины
Подогреватель
Анод
Модулятор
Катод
Люминесцентный
экран
Презентация "Колебательный контур"
t
U
График напряжения, подаваемого на
вертикально отклоняющие пластины трубки
0
Презентация "Колебательный контур"
Презентация "Колебательный контур"
Презентация "Колебательный контур"
Презентация "Колебательный контур"
Свободными колебаниями называются колебания,
которые возникают в системе, выведенной из
состояния равновесия, только за счёт внутренних сил.
Свободные колебания
+
-
-
-
-
+
+
+
Презентация "Колебательный контур"
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
Презентация "Колебательный контур"
Вынужденные электромагнитные колебания – это колебания, которые возникают в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы.
L
C
R
q
-q
+
-
1
2
K
Презентация "Колебательный контур"
1
2
q
-q
+
+
+
-
-
-
где q — заряд конденсатора;
С — его электроёмкость.
– энергия электрического
поля конденсатора
Презентация "Колебательный контур"
1
2
q
-q
+
+
+
-
-
-
– энергия магнитного поля катушки
где I — сила переменного тока;
L — индуктивность катушки.
Презентация "Колебательный контур"
Полная энергия электромагнитного
поля контура
Презентация "Колебательный контур"
R
L
C
В момент, когда конденсатор полностью разрядится, энергия электрического поля станет равной нулю. Энергия же магнитного поля тока, согласно закону сохранения энергии, будет максимальной. В этот момент сила тока также достигнет максимального значения.
Презентация "Колебательный контур"
В колебательном контуре энергия электрического поля заряженного конденсатора периодически превращается в энергию магнитного поля тока.
Презентация "Колебательный контур"
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
q | Qm | q2 | 0 | q4 | Qm | q6 | 0 |
U | Um | u2 | u4 | Um | u6 | ||
i | 0 | i2 | Im | i4 | Um | i6 | Im |
We | We max | We2 | 0 | We4 | We max | We6 | 0 |
Wm | 0 | Wm2 | Wm max | 0 | Wm6 | Wm max | |
W | We max | We2 + Wm2 | We4 + Wm4 | We max | We6 + Wm6 | Wm max | |
0
0
i
i
i
Im
Im
+
+
+
+
+
0
q
Qm
Qm
q
q
0
Презентация "Колебательный контур"
СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
МЕХАНИЧЕСКИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ
Изменяются периодически:
координата
скорость
потенциальная энергия
кинетическая энергия
Изменяются периодически:
заряд
сила тока
энергия электрического поля
энергия магнитного поля
Совершаются
математическим маятником
пружинным маятником
Совершаются
в колебательном контуре
Презентация "Колебательный контур"
-
-
+
+
+
-
L
L
L
L
L
C
C
C
C
C
q
-q
q
I
I
Презентация "Колебательный контур"
-
-
+
+
+
-
L
L
L
L
L
C
C
C
C
C
q
q
q
I
I
Презентация "Колебательный контур"
-
-
+
q
i
i
t=0
-
+
+
-
Презентация "Колебательный контур"
Механические колебания | Электромагнитные колебания | |
Параметры | Масса груза m | |
Энергия | ||
Циклическая частота | ||
Величина, | ||
Величины, | ||
Сравнительная таблица
механических и электромагнитных колебаний
Презентация "Колебательный контур"
Электрические величины | Механические величины | ||
Заряд конденсатора | Координата | ||
Ток в цепи | Скорость | ||
Индуктивность | Масса | ||
Величина, обратная электроёмкости | Жёсткость | ||
Напряжение на конденсаторе | Упругая сила | ||
Энергия электрического поля конденсатора | Потенциальная энергия пружины | ||
Магнитная энергия катушки | Кинетическая энергия | ||
Магнитный поток | Импульс | ||
I
Презентация "Колебательный контур"
Уравнение, описывающее свободные
электрические колебания в контуре
+
Презентация "Колебательный контур"
Уравнение, описывающее свободные
электрические колебания в контуре
Презентация "Колебательный контур"
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.
Презентация "Колебательный контур"
L
C
q
Презентация "Колебательный контур"
– циклическая частота
пружинного маятника
– циклическая частота свободных электрических колебаний
Презентация "Колебательный контур"
Период свободных колебаний в электромагнитном контуре:
Период колебаний груза на пружине:
Презентация "Колебательный контур"
У. Томсон (Кельвин)
1824–1907 гг.
Формула Томсона:
Презентация "Колебательный контур"
Уравнение изменения заряда конденсатора
со временем
Презентация "Колебательный контур"
Уравнение изменения заряда конденсатора
со временем
Презентация "Колебательный контур"
Сила тока совершает гармонические колебания
Презентация "Колебательный контур"
q, i
i
q
Презентация "Колебательный контур"
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 .
Презентация "Колебательный контур"
Дано:
Найти: Какую информацию о колебаниях заряда в контуре можно получить из этого уравнения?
Решение:
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.
