Электромагнитные колебания (11 класс)

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 Wэ. Колебательная система выводится из равновесия при сообщении конденсатору заряда. При этом конденсатор получает энергию Wэ.

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. 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 Wэ уменьшается, так как уменьшается заряд на обкладках конденсатора, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока Wм. По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля Wэ уменьшается, так как уменьшается заряд на обкладках конденсатора, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока Wм. Полная энергия W электромагнитного поля контура равна сумме его энергий магнитного Wм и электрического Wэ 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 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. 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 хm. Зарядка конденсатора аналогична отклонению тела от положения равновесия на некоторую величину хm.

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