ГРУППА 201.  ФИЗИКА.

ТЕМА. «Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур.»

      При  электромагнитных колебаниях происходит периодические изменения электрического заряда, силы тока и напряжения. Электромагнитные колебания подразделяются на свободные, затухающие, вынужденные и автоколебания.

Свободными колебаниями называются колебания, которые возникают в системе (конденсатор и катушка) после выведения ее из положения равновесия (при сообщении конденсатору заряда). Точнее, свободные  электромагнитные колебания возникают при разрядке конденсатора через катушку индуктивности. Вынужденными колебаниями называются колебания в цепи под действием внешней периодически изменяющейся электродвижущей силы.

  

Простейшей системой, в которой наблюдаются свободные электромагнитные колебания, является колебательный контур. Он состоит из катушки индуктивности и конденсатора. Этот процесс будет повторяться снова и снова. Возникнут электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора

 

      Конденсатор, заряжаясь от батареи, в начальный момент времени приобретет максимальный заряд. Его энергия W_э  будет максимальной.           

• Если конденсатор замкнуть на катушку , то в этот момент времени он начнет разряжаться (рис. б). В цепи появится ток. По мере разрядки конденсатора ток в цепи и в катушке возрастает. Из-за явления самоиндукции это происходит не мгновенно. Энергия катушки W_м становится максимальной.       
• Индукционный ток течет в ту же сторону. Электрические заряды вновь накапливаются на конденсаторе. Конденсатор перезаряжается, т.е. обкладка конденсатора, прежде заряженная положительно, будет заряжена отрицательно. Энергия конденсатора становится максимальная. Ток в данном направлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении.
•  
  
• Этот     процесс будет повторяться снова и снова. Возникнут электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора
  
    в энергию магнитного поля катушки с током  
  
  
      и наоборот. Если отсутствуют потери (сопротивление R=0), то сила тока, заряд и напряжение со временем изменяются по гармоническому закону. Колебания, происходящие по закону косинуса или синуса, называются гармоническими. Уравнение гармонического колебания заряда :   .
• 
  Контур, в котором нет потерь энергии,  является идеальным колебательным контуром.

 Период электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томсона      

 где L – индуктивность катушки,   С – емкость конденсатора, T – период  э/м колебаний.
В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания

являются затухающими из-за потери энергии при нагревании проводов.

 

ЗАДАНИЕ:

Ответить на вопросы

1)   В чём различие между свободными и вынужденными электрическими колебаниями?

2)   Как изменится период свободных электрических колебаний в контуре, если ёмкость конденсатора в нём в двое увеличить?

3) Как связаны амплитуды колебаний заряда и тока при разрядке конденсатора через катушку?

4)  Определить частоту колебания в колебательном контуре, если ёмкость конденсатора равна           10 нФ  , а индуктивность - 10нГн.