- •Колебания и волны Механические колебания и волны
- •Колебательное движение. Свободные механические колебания. Гармоничные колебания. Смещение, амплитуда, период, частота и фаза гармоничных колебаний.
- •Колебание груза на пружине.
- •Математический маятник.
- •Преобразование энергии при гармоничных колебаниях.
- •Вынужденные механические колебания. Явление резонанса.
- •Распространение колебаний в упругих средах. Поперечные и продольные волны. Длина волны. Связь между длиной волны, скоростью ее распространения и периодом (частотой).
- •Звуковые волны. Скорость звука. Громкость звука и высота тона. Інфра- и ультразвуки.
- •Электромагнитные колебания и волны
- •Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота и период электромагнитных колебаний (формула Томсона).
- •Аналогия между механическими и электрическими колебаниями
- •Вынужденные электрические колебания. Переменный электрический ток.
- •Генератор переменного тока.
- •Переменный электрический ток (для задач).
- •Электрический резонанс.
- •Т рансформатор.
- •Передача электроэнергии на большие расстояния.
- •Электромагнитное поле. Электромагнитные волны и скорость их распространения.
- •Свойства электромагнитного излучения разных диапазонов длин волн.
- •Шкала электромагнитных волн.
Электрический резонанс.
Явление возрастания амплитуды силы тока в колебательном контуре при приближении частоты внешней ЭДС к резонансной частоте, равной частоте свободных незатухающих колебаний в контуре, называется резонансом в электрической цепи переменного тока.
Частота ω=ω0 называется резонансной частотой. Различают два вида электрического резонанса:
Резонанс напряжений, (последовательный резонанс). Наблюдается в контуре, когда емкость и индуктивность соединены последовательно. При этом сдвиг фаз между колебаниями внешней ЭДС и силой тока становится равным нулю. Амплитуды напряжений на индуктивном и емкостном сопротивлении одинаковы, а фазы противоположны.
;
П олное падение напряжения в контуре равно падению напряжения на активном сопротивлении Z = R. При этом наблюдается максимум силы тока. Резонансные кривые имеют тем больший максимум, чем меньше активное сопротивление R.
Явление резонанса напряжений используется в технике для усиления колебаний напряжения какой-либо определенной частоты.
Резонанс токов (параллельный резонанс) наблюдается в цепи, состоящей из параллельно соединенных конденсатора и катушки индуктивности. При малых активных сопротивлениях параллельных ветвей амплитуда тока во внешней (неразветвленной) цепи:
.
Наблюдается резкое уменьшение величины тока I0 → 0 при условии .
Явление резкого уменьшения амплитуды силы тока во внешней цепи с параллельно включенными конденсатором и катушкой индуктивности при приближении частоты приложенного напряжения к резонансной частоте называется резонансом токов.
Явление резонанса токов используется в резонансных усилителях, позволяющих выделить одно определенное колебание из сигнала сложной формы.
Т рансформатор.
Действие трансформатора, который применяется для повышения или понижения напряжения переменного тока без изменения частоты, основано на явлении взаимной индукции. На сердечнике, состоящем из отдельных пластин (для уменьшения вихревых токов), находятся две обмотки –первичная с числом витков N1 и вторичная с числом витков N2. Переменный ток I1 создает в первичной обмотке переменное магнитное поле, которое и является причиной ЭДС взаимной индукции во второй обмотке: .
В режиме нагрузки индуцируемая во вторичной обмотке ЭДС должна быть равна сумме напряжения U2 и падения напряжения на сопротивлении обмотки U2r2: – коэффициент трансформации.
При холостом ходе трансформатора, когда ток во вторичной обмотке отсутствует (I2 =0), отношение абсолютных значений напряжений U1 и U2 на концах первичной и вторичной обмоток называют коэффициентом трансформации : .
Трансформатор, повышающий при N2 > N1, (k < 1), понижающий, если N2 < N1, (k > 1).
Коэффициент полезного действия трансформатора: .
η достигает 99% в случае, когда сопротивление обмоток трансформатора мало по сравнению с индуктивным сопротивлением.
В этом случае можно считать, что , т.е. мощность тока в первичной и вторичной цепях одинакова.