Презентация по физике на тему "Электромагнитные колебания"

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания.
Колебательный контур

Электромагнитные колебания – это периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения.
Колебания происходят с большой частотой.
Для наблюдения используют осциллограф.

Свободные и вынужденные колебания
Свободными колебаниями – это колебания, которые возникают в системе после выведения ее из положения равновесия
Вынужденные колебания – это колебания в цепи под действием внешней периодически изменяющейся электродвижущей силы.

Колебательный контур
Колебательный контур – это электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки, в которой могут происходить свободные электрические колебания.

- энергия электрического поля конденсатора
- энергия магнитного поля катушки
Полная энергия

i – мгновенное значение силы тока (в Амперах)
q – электрический заряд (в кулонах)
L – индуктивность (в Генри)
С – электроёмкость конденсатора (в фарадах)
W – энергия (в джоулях)
Электромагнитные колебания, в отличие от механических – высокочастотные, поэтому берут мгновенные значения

Колебательная система выводится из равновесия при сообщении конденсатору заряда. При этом конденсатор получает энергию Wэ.
Превращение энергии при свободных электромагнитных колебаниях

Затем замыкаем вторую часть цепи и конденсатор начинает разряжаться. В цепи появляется электрический ток, сила которого увеличивается постепенно в связи с явлением самоиндукции. ЭДС самоиндукции всегда возникает при появлении тока в цепи и препятствует его увеличению.

По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля Wэ уменьшается, так как уменьшается заряд на обкладках конденсатора, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока Wм.
Полная энергия W электромагнитного поля контура равна сумме его энергий магнитного Wм и электрического Wэ полей.
В колебательном контуре энергия электрического поля заряженного конденсатора периодически переходит в энергию магнитного поля тока.

Частота и период колебаний в контуре
- формула Томсона – период свободных электромагнитных колебаний в контуре
- Собственная циклическая частота колебаний в контуре (в рад/с)
Т - период (с),
L - индуктивность катушки (Гн),
С – электроёмкость конденсатора (Ф)

Уравнения электромагнитных колебаний
Гармонические колебания заряда, тока и напряжения в контуре описываются уравнениями:

- Заряд
- Сила тока
- Напряжение

Задача
№1 Индуктивность и ёмкость колебательного контура соответственно равны 50 Гн и 50 мкФ. Определите период и частоту колебаний в контуре.
№2 Значение напряжения, измеренное в вольтах, задано уравнением u=15cos40πt. Чему равна амплитуда напряжения, частота и период колебаний в контуре?

Переменный электрический ток.

Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным.
Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.

Согласно закону электромагнитной индукции
ЭДС индукции в рамке равна
е = = Ԑ m sin wt , где Ԑ m = BSw – амплитуда ЭДС индукции.






е = Ԑ m sin wt ,
u = Um sin wt,
i =I m sin wt.

е = Ԑ m cos wt ,
u = Um cos wt,
i =I m coswt.

Графики изменения силы тока и напряжения

Действующие значения напряжения
и силы тока
Когда говорят, что напряжение в городской электрической сети составляет 220 В, то речь идёт не о мгновенном значении напряжения и не его амплитудном значении, а о так называемом действующем значении.
Когда на электроприборах указывают силу тока, на которую они рассчитаны, то также имеют в виду действующее значение силы тока.
ФИЗИЧЕСКИЙ СМЫСЛ
Действующее значение силы переменного тока равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике то же количество теплоты, что и переменный ток за то же время.
Действующее значение напряжения:

Переменное напряжение на концах цепи создается генераторами на электростанциях.
Частота переменного тока — это число колебаний в 1 секунду. Стандартная частота промышленного переменного тока равна 50 Гц, т.е. на протяжении 1 с ток 50 раз идет в одну сторону и 50 раз — в противоположную. Частота 50 Гц принята для промышленного тока во многих странах мира.

Переменное напряжение создается генераторами электрического тока.
Проволочную рамку, вращающуюся в постоянном однородном магнитном поле - это простейшая модель генератора переменного тока.

Решите задачу:
Используя график зависимости ЭДС индукции
от времени, определить: амплитуду ЭДС индукции,
период и частоту колебаний.