Фізика 11 клас

МЕХАНІЧНІ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ

 

Розділ 3 Коливання і хвилі

 

§ 25. КОЛИВАЛЬНИЙ КОНТУР. ВИНИКНЕННЯ ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ КОЛИВАНЬ У КОЛИВАЛЬНОМУ КОНТУРІ

 

Змінні електричні і магнітні поля не можуть існувати окремо одне від одного, оскільки в просторі, де існує змінне магнітне поле, збуджується електричне поле, і навпаки. Одночасні періодичні зміни зв'язаних між собою електричного і магнітного полів називають електромагнітними коливаннями. Таким чином, щоб одержати електромагнітні коливання, треба мати електричне коло, в якому енергія електричного поля могла б перетворюватися на енергію магнітного поля, і навпаки. Оскільки магнітне поле зосереджене переважно в котушках, а електричне — в конденсаторах, найпростіше коло для утворення електромагнітних коливань має складатися з конденсатора і котушки. Таке коло називають коливальним контуром. Активний опір провідників, з яких виготовлено коливальний контур, має бути малим, інакше електромагнітні коливання не виникатимуть у контурі.

Найпростішою установкою, в якій досить просто можна створювати електромагнітні коливання, є електричне коло, до складу якого входить котушка індуктивністю L та конденсатор ємністю С (мал. 117).

Щоб можна було легко спостерігати за змінами напруги на обкладках конденсатора, до них приєднано вольтметр V. Коливання мають бути досить повільними. Тому в такій установці використовують котушку значної індуктивності і конденсатор великої ємності, вольтметр з нульовою поділкою посередині шкали.

Якщо замкнути ключ, то конденсатор С зарядиться від джерела постійного струму £і вольтметр покаже напругу на його обкладках. Після від'єднання джерела живлення від досліджуваного кола, вольтметр показує наявність коливань напруги, які швидко припиняються. Значення і знак напруги на обкладках конденсатора змінюються, що свідчить про періодичну пере- зарядку обкладок конденсатора.

Таким чином, можна зробити висновок, якщо систему вивести з стану рівноваги (зарядити конденсатор від стороннього джерела), то після від'єднання джерела в колі відбуватимуться коливання напруги U і зв'язаного з   напругою простим співвідношенням заряду Q = CU.

Якщо електромагнітні коливання можна одержати просто, то спостерігати їх значно складніше. Адже безпосередньо не видно ні перезарядки

 

 

Мал. 117

 

 

Мал. 118

 

 

Мал. 119

 

конконденсатора, ні зростання сили струму в котушці, ні виникнення магнітного чи електричного поля. До того ж відбуваються електромагнітні коливання з дуже великою частотою, яка значно перевищує частоту механічних коливань.

Спостерігати і досліджувати електромагнітні коливання зручно за допомогою електронного осцилографа (мал. 118). Зарядимо конденсатор С від джерела постійного струму і замкнемо його на котушку індуктивності L, паралельно якій увімкнено електронний осцилограф. На екрані дістанемо криву залежності заряду (або сили струму в колі) від часу — осцилограму коливань заряду (або сили струму). Амплітуда цих коливань швидко зменшується, тобто коливання швидко затухають (мал. 119).

Розглянуті електромагнітні коливання отримали назву власних (вільних) коливань, оскільки вони здійснюються вільно, тобто без впливу зовнішньої сили. Частоту вільних коливань називають власною частотою коливального контуру. Власні коливання є затухаючими; амплітуда їх з часом зменшується. Причиною затухання є те, що енергія струму перетворюється у внутрішню енергію проводів (оскільки вони мають опір) і витрачається на випромінювання електромагнітних хвиль.





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