Электромагнитные колебания

Электромагнитные колебания.

Электромагнитные колебания.

• Электромагнитные колебания – периодические изменения заряда, силы тока и напряжения в электрической цепи.
• Электромагнитные колебания являются свободными, т.е. возникают при выведении колебательной системы из положения равновесия.
• Простейшая система, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания – конденсатор и катушка, соединенные последовательно (колебательный контур).

• Колебательная система выводится из равновесия при сообщении конденсатору заряда. При этом конденсатор получает энергию W э .

• 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 W э уменьшается, так как уменьшается заряд на обкладках конденсатора, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока W м .
• Полная энергия W электромагнитного поля контура равна сумме его энергий магнитного W м и электрического W э полей.

• В момент, когда конденсатор полностью разрядится, энергия электрического поля станет равна нулю (так как заряд конденсатора равен нулю). Энергия магнитного поля станет максимальной (по закону сохранения энергии).
• В этот момент сила тока в цепи становится максимальной. А раз в цепи есть ток, то конденсатор начинает опять заряжаться.
• Здесь же следует отметить, что сила тока в цепи поддерживается ЭДС самоиндукции и без источника тока.

• После зарядки конденсатор опять начинает разряжаться и все происходит сначала.
• Если бы не было потерь энергии, то колебания в колебательном контуре были бы незатухающими.
• В колебательном контуре энергия электрического поля заряженного конденсатора периодически переходит в энергию магнитного поля тока.

Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями.

• Зарядка конденсатора аналогична отклонению тела от положения равновесия на некоторую величину х m .

• Возникновение в цепи тока соответствует появлению в механической колебательной системе скорости тела под действием силы упругости пружины.

• Момент времени, когда конденсатор разрядится, а сила тока достигнет максимума, аналогичен тому моменту времени, когда тело с максимальной скоростью проходит положение равновесия.

• Далее конденсатор начнет перезаряжаться, а тело в ходе механических колебаний продолжает смещаться влево от положения равновесия .

• По происшествии половины периода колебаний конденсатор полностью перезарядился, а тело отклонилось в крайнее правое левое положение, когда его скорость стала равна нулю.

Соответствие между механическими и электромагнитными колебаниями можно свести в таблицу.

Домашнее задание.

• Конспект (подробный) §31 «Переменный электрический ток»