Фізика - Великий довідник школяра - 2019

Коливання і хвилі
Електромагнітні коливання. Вільні електромагнітні коливання в коливальному контурі. Власна частота коливання

Будь-які коливання в системах — це процеси з багаторазовим періодичним повторенням певних станів системи. Крім механічних, можуть реалізовуватись коливання особливого типу, які називаються електромагнітними (чи просто електричними).

Електромагнітні коливання — це періодичні перетворення енергії електричного поля на енергію магнітного поля і навпаки, які супроводжуються повторюваною зміною параметрів електричного кола (заряду, напруги, сили струму). Електричне коло, в якому можуть відбуватись такі перетворення енергії, називається коливальним контуром.

Найпростіший контур складається зі з’єднаних між собою конденсатора і дротяної котушки (котушки індуктивності). Доцільно порівняти коливання в контурі з коливаннями математичного маятника:

У стані (а) конденсатор має початковий запас електричної енергії, а математичний маятник — початковий запас потенціальної енергії.

У стані (б) конденсатор розряджений, а нитка маятника вертикальна; при цьому енергія електричного поля конденсатора перетворилася на енергію магнітного поля котушки, а потенціальна енергія маятника — на кінетичну енергію.

Стан (в) механічного маятника утворюється внаслідок руху кульки маятника завдяки інерції, а у випадку контуру — внаслідок явища електромагнітної індукції (магнітне поле котушки, зменшуючись, індукувало електричне поле конденсатора, заряди пластин якого мають протилежну порівняно зі станом (а) полярність.

У стані (в) закінчується половина першого коливання, процеси другої половини () відбуваються аналогічно процесам (), але у зворотній послідовності. Стан (д) повністю збігається зі станом (а) і на рисунку не зображений.

Очевидно, що чим більше значення ємності C, тим довше розряджається конденсатор; чим більше значення індуктивності L, тим довше котушка втрачає магнітне поле. Отже, обидві величини знаходяться тільки в чисельнику під знаком кореня (на відміну від формул періода Т механічних маятників): . Це формула Томсона (лорда Кельвіна), яка аналогічна формулі періоду коливань пружинного маятника: адже , а величина, обернена жорсткості (піддатливість, м’якість), аналогічна ємності: .

Власна частота коливання .





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити