Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng alternator. Sapilitang electromagnetic oscillations. Mga electromagnetic oscillations sa circuit

Lumilitaw ang mga ito sa pagkakaroon ng isang panlabas na pana-panahong nagbabagong puwersa. Ang ganitong mga oscillations ay lilitaw, halimbawa, sa pagkakaroon ng isang pana-panahong electromotive force sa circuit. Ang isang variable na induction emf ay nangyayari sa isang wire frame ng ilang mga liko, umiikot sa larangan ng isang permanenteng magnet.

Sa kasong ito, pana-panahong nagbabago ang magnetic flux na tumatagos sa frame. Alinsunod sa batas ng electromagnetic induction, ang umuusbong na EMF ng induction ay pana-panahon ding nagbabago. Kung ang frame ay sarado sa isang galvanometer, ang arrow nito ay magsisimulang mag-oscillate sa paligid ng posisyon ng equilibrium, na nagpapahiwatig na ang isang alternating current ay dumadaloy sa circuit. Ang isang natatanging tampok ng sapilitang mga oscillations ay ang pagtitiwala ng kanilang amplitude sa dalas ng mga pagbabago sa panlabas na puwersa.

Alternating kasalukuyang.

Alternating kasalukuyang ay isang electric current na nagbabago sa paglipas ng panahon.

Ang alternating current ay iba't ibang uri impulse, pulsating, periodic at quasi-periodic currents. Sa engineering, ang alternating current ay karaniwang nangangahulugan ng panaka-nakang o halos pana-panahong mga alon ng isang alternating direksyon.

Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng alternator.

Ang pinakakaraniwang ginagamit na periodic current, ang lakas nito ay nag-iiba sa paglipas ng panahon ayon sa maharmonya na batas(harmonic, o sinusoidal alternating current). Ito ang kasalukuyang ginagamit sa mga pabrika at pabrika at sa network ng pag-iilaw ng mga apartment. Ito ay isang sapilitang electromagnetic oscillation. Pang-industriya na dalas alternating current ay 50 Hz. AC boltahe sa mga socket ng mga socket ng network ng pag-iilaw ay nilikha ng mga generator sa mga power plant. Ang pinakasimpleng modelo ang naturang generator ay isang wire frame na umiikot sa isang pare-parehong magnetic field.

Flux ng magnetic induction F, tumatagos sa isang wire frame na may isang lugar S, proporsyonal sa cosine ng anggulo α sa pagitan ng normal hanggang sa frame at ng magnetic induction vector:

Ф = BS cos α.

Sa pare-parehong pag-ikot ng frame, ang anggulo α pagtaas sa proporsyon sa panahon t: α = 2πnt, saan n- dalas ng pag-ikot. Samakatuwid, ang flux ng magnetic induction ay nagbabago nang harmoniko sa cyclic oscillation frequency ω = 2πn:

Ф = BS cos ωt.

Ayon sa batas ng electromagnetic induction, ang induction emf sa frame ay:

e \u003d -Ф "\u003d -BS (cos ωt)" \u003d ɛ m sin ωt,

saan ɛm= BSω ay ang amplitude ng induction emf.

Kaya, ang boltahe sa AC network ay nagbabago ayon sa sinusoidal (o cosine) na batas:

u = Um sin ωt(o u = Um cos ωt),

saan u- agarang halaga ng boltahe, U m- amplitude ng boltahe.

Ang kasalukuyang sa circuit ay magbabago sa parehong dalas ng boltahe, ngunit posible ang isang phase shift sa pagitan nila. φ kasama ang. Samakatuwid, sa pangkalahatang kaso agarang kasalukuyang halaga i ay tinutukoy ng formula:

i = Ako ay kasalanan(φt + φSa) ,

saan ako m ay ang amplitude ng kasalukuyang.

Ang lakas ng kasalukuyang sa isang alternating current circuit na may risistor. Kung ang de-koryenteng circuit binubuo ng aktibong paglaban R at mga wire na may hindi gaanong inductance

Lecture6 . Mga electromagnetic oscillations at alon.

Plano ng lecture

Libreng undamped oscillations sa isang oscillatory circuit.

Libreng damped electromagnetic oscillations.

Sapilitang electromagnetic oscillations. electrical resonance.

Mga electromagnetic wave.

1. Libreng undamped oscillations sa oscillatory circuit.

Kabilang sa mga electrical phenomena, ang isang espesyal na lugar ay inookupahan ng mga electromagnetic oscillations, kung saan ang mga de-koryenteng dami (mga singil, alon, electric at magnetic field) ay nagbabago nang pana-panahon. Upang pukawin at mapanatili ang mga electromagnetic oscillations, ang ilang mga sistema ay kinakailangan, ang pinakasimpleng kung saan ay isang oscillatory circuit.

Oscillatory circuit Isang circuit na binubuo ng isang coil ng inductance L at isang capacitor ng capacitance C na konektado sa serye.

Isaalang-alang ang proseso ng paglitaw ng mga electromagnetic oscillations sa isang idealized oscillatory circuit, kung saan ang paglaban ng mga connecting wire ay maaaring mapabayaan. Para sa paggulo sa oscillation circuit, ang kapasitor ay paunang sinisingil, na nagbibigay sa mga plato nito ng singil q 0 mula sa isang panlabas na pinagmulan (Larawan 1).

Sa isang sisingilin na oscillatory circuit, ang mga libreng oscillations ay itinatag, na tinatawag na electromagnetic. Sa kasong ito, ang mga halaga ng lahat ng mga de-koryente at magnetic na dami ay nagbabago.

Nagaganap ang mga electromagnetic oscillations sa circuit, kung saan ang enerhiya ng electric field ay na-convert sa enerhiya magnetic field at vice versa. Ang Figure 2 ay isang graph ng singil ng isang kapasitor mula sa panahon ,

, kung saan ang halaga ng singil sa mga sandali ng oras

ang mga kaukulang estado ng oscillatory circuit ay inihambing (a; b; c; d; e).

Ang mga electromagnetic oscillations ay sa maraming paraan katulad ng mechanical oscillations, i.e. ang mga equation na naglalarawan sa kanila at ang kanilang mga solusyon ay magkatulad.

Isulat natin para sa circuit ang 2nd Kirchhoff na panuntunan para sa isang arbitrary na sandali ng oras: ang kabuuan ng mga pagbagsak ng boltahe ay katumbas ng kabuuan ng mga emf na kumikilos sa circuit. Isang emf lamang ang kumikilos sa circuit - self-induction emf , at ang pagbaba ng boltahe ay nangyayari sa buong kapasitor, kaya

saan

- agarang halaga ng singil sa mga capacitor plate.

Magpakilala

;

-differential equation ng libreng electromagnetic oscillations.

Kaya, sa isang perpektong oscillatory circuit (Larawan 3), ang mga oscillations ng singil ay nangyayari ayon sa isang harmonic law (Larawan 4).

mga. kasalukuyang pagbabagu-bago ay humahantong sa pagbabago-bago ng singil sa yugto kapag ang kasalukuyang ay umabot sa pinakamataas na halaga nito, ang singil at boltahe ay nagiging zero (at kabaliktaran).

kasi natural na cyclic frequency ng circuit,

Formula ni Thomson.

Libreng damped electromagnetic oscillations.

kasi bawat konduktor ay may paglaban; sa panahon ng pagpasa ng kasalukuyang sa oscillatory circuit, ang init ng Joule ay inilabas, i.e. ang enerhiya ay nawala, samakatuwid ang libreng electromagnetic oscillations sa isang tunay na circuit (Fig. 5) ay palaging damped. Para sa naturang circuit

, saan

- pagbaba ng boltahe sa aktibong paglaban ng circuit.

o

.

Magpakilala

.

-differential equation ng free damped electromagnetic oscillations.

Ang solusyon sa equation na ito ay ang expression

.

cyclic frequency ng natural undamped oscillations;

cyclic frequency ng natural na damped oscillations;

ang batas ng pagpapababa ng amplitude (Larawan 6), kung saan - amplitude sa t=0.

Alamin ang pisikal na kahulugan ng . Ipinakilala namin ang konsepto oras ng reaksyon- oras kung saan bumababa ang amplitude sa e beses.

Kaya, ay ang kapalit ng .

Logarithmic decrement bawat swell - ang natural na logarithm ng ratio ng 2 amplitudes na naiiba sa oras ayon sa isang tuldok.

Sa paglipas ng panahon , ang sistema ay mag-oocillate.

ay ang bilang ng mga oscillations kung saan ang amplitude ay bumababa ng isang factor ng e.

Ang kadahilanan ng kalidad ay nagpapakilala sa kakayahan ng oscillatory circuit na mamasa-masa ang mga oscillations:

Q

.

Ang kadahilanan ng kalidad ay proporsyonal sa bilang ng mga oscillations kung saan ang amplitude ay bumababa ng isang kadahilanan ng e.

Kung malaki ang Q, dahan-dahang nabubulok ang mga oscillation (Larawan 7,

).

Sapilitang electromagnetic oscillations. electrical resonance.

Ang mga libreng electromagnetic oscillations ay nangyayari sa isang dalas na tinutukoy ng mga parameter ng circuit ,at , at sa isang tunay na oscillatory circuit pagkabulok sa oras dahil sa pagkalugi ng enerhiya. Upang makakuha ng undamped oscillations, ang pagkalugi ng enerhiya ay dapat mabayaran. Kaya, upang makakuha ng mga hindi nakagapos na electromagnetic oscillations, kinakailangan na magpasok ng isang emf sa circuit, na pana-panahong nagbabago sa paglipas ng panahon ayon sa harmonic law:

saan  0 ay ang emf amplitude;  ay ang cyclic frequency ng driving emf.

pinilit tinatawag na electromagnetic oscillations na nangyayari sa ilalim ng pagkilos ng isang pana-panahong pagbabago ng emf (Larawan 8).

kasi

,

-differential equation ng sapilitang electromagnetic oscillations.

Mapapatunayan na ang solusyon sa equation na ito ay ang expression:

H at fig. Ang 9 ay nagpapakita ng isang graph ng dependence ng singil ng kapasitor sa oras sa kaso ng steady state forced electromagnetic oscillations.

Ang sapilitang mga vibrations ay ginawa sa parehong dalas , na siyang pilit na e.m.f. Ito ay eksperimento na itinatag na ang pagbabago nahuhuli sa pagbabago nito mula sa mga pagbabago sa emf ;y- phase pagkakaiba ng mga oscillation at , phase shift sa pagitan ng pagbabago at .

Pinakamataas na halaga singilin at

ay tinukoy ng mga formula:

kasi

isa ay maaaring mahanap w para sa kung saan

.

Ang mga kalkulasyon ay nagpapakita na

.

E electrical resonance- ang kababalaghan ng isang matalim na pagtaas sa amplitude ng sapilitang mga oscillations, kapag ang dalas ng pagmamaneho emf lumalapit sa natural na dalas ng oscillatory circuit .

Paano mas lumalaban contour R, ang mas flattened ay ang resonance curve (Fig. 10).

Mga electromagnetic wave.

Ang isang electric charge na gumagalaw nang pantay sa vacuum (na may kaugnayan sa ISO) ay hindi nagliliwanag. Ito ay malinaw mula sa prinsipyo ng relativity, ayon sa kung saan ang lahat ng mga ISO ay pantay. Sa isang sistemang gumagalaw kasama ng isang singil, ito ay nakatigil, at ang mga nakatigil na mga singil ay hindi nagliliwanag. Ang patlang ng singil (electrostatic sa kanyang sariling sistema at electromagnetic sa lahat ng iba pa) ay gumagalaw kasama niya. Kung ang singil ay gumagalaw nang may pagbilis sa ilalim ng pagkilos ng mga panlabas na puwersa, ang patlang, na may enerhiya, at samakatuwid ang masa at pagkawalang-galaw, ay, parang, na hiwalay mula sa singil at nag-radiated sa espasyo sa bilis ng liwanag. Nagaganap ang radyasyon hangga't kumikilos ang isang panlabas na puwersa sa singil, na nagbibigay ng pagbilis dito. Halimbawa: synchrotron radiation, sa energies 10 7 eV, ang mga electron ay naglalabas ng nakikitang liwanag, sa 10 9 eV - x-ray.

Ang paggalaw ng isang singil na may acceleration ay nagbabago electric field malapit sa kanya. Ang alternating electric field na ito, ayon sa teorya ni Maxwell, ay bumubuo sa nakapalibot na espasyo ng isang magnetic field na magkakaugnay dito, na kung saan, sa pagiging variable, ay bumubuo ng isang vortex electric field sa mga kalapit na lugar ng espasyo, bilang isang resulta kung saan ang proseso ay nagpapalaganap sa mahusay na bilis sa espasyo sa lahat ng direksyon (Larawan 11).

Kaya, kung ang isang electric charge ay gumagalaw nang may acceleration (o oscillates), sa nakapaligid na espasyo, na kumukuha ng mas malalaking lugar, isang sistema ng mutually perpendicular, panaka-nakang pagbabago ng mga electric at magnetic field ay lilitaw. Ang isang electromagnetic wave ay nabuo, na tumatakbo sa lahat ng direksyon mula sa isang oscillating charge.

P Ang proseso ng pagpapalaganap ng mga electromagnetic oscillations sa espasyo ay tinatawag electromagnetic wave. Ang pangunahing kondisyon para sa EMW radiation ay ang pagkakaroon ng acceleration.

Ang mga vector ay patayo sa isa't isa at sa direksyon ng pagpapalaganap at bumubuo ng isang kanang kamay na sistema kasama nito. Dahil ang Ang EMW ay nakahalang (Larawan 12). Sa mga distansya mula sa pinagmulan na mas malaki kaysa sa wavelength, ang EMW ay flat.

saan

Bilis ng EMW sa vacuum,

Nakukuha namin ang equation ng isang eroplanong EMW (Fig. 13).

Kung sa punto O

, sa punto M

;

ay ang oras na kinakailangan ng alon upang maglakbay sa distansya mula sa punto sa punto

.

kasi

,

nasaan ang wave vector.

Sa pangkalahatan ,.

Ang electromagnetic radiation field ay natuklasan kamakailan, mga 100 taon na ang nakalilipas. Sa nakalipas na siglo, ang pagtuklas na ito ay humantong sa mga makabuluhang pagbabago sa buhay ng lipunan. Karamihan sa mga radio engineering system ay batay sa direktang paggamit ng electromagnetic field, i.e. mga radio wave para sa pagpapadala ng impormasyon (komunikasyon, pagsasahimpapawid, telebisyon) o pagkuha nito (radar, radio telemetry, atbp.); Ang ibig sabihin ng salitang "radio" ay radiation.

Walang ganoong lugar ng aktibidad ng tao kung saan ang radio engineering ay hindi mailalapat o hindi mailalapat. Ang pag-unlad ng lipunan nang walang radio engineering, radio electronics ay imposible lamang. Ginagamit ang radio electronics sa iba't ibang siyentipikong pananaliksik, pananaliksik sa kalawakan, abyasyon, hukbong-dagat, medisina, metrology, geology, industriya, agrikultura. Kamakailan lamang, ang mga pag-aaral ay isinagawa sa posibilidad ng pagpapadala ng solar energy mula sa mga photocell ng kalawakan patungo sa Earth gamit ang mga radio wave na puro sa makitid na mga sinag. Ang mga radio wave ay malawakang ginagamit sa mga gawaing militar: radar - upang labanan ang mga self-guided missiles; para sa airborne radar reconnaissance, atbp.

Kamakailan lamang, naging posible na makakuha ng mataas na kalidad na mga larawan ng radar ng ibabaw at mga bagay ng mundo, na maihahambing sa detalye sa mga aerial na larawan.

Ang posibilidad ng paggamit ng mga signal ng radyo upang matukoy ang lokasyon ng mga bagay na sumasalamin (mga barko, eroplano, kotse) ay ipinahayag ng A.S. Popov, kung kanino pinagkakautangan ng mundo ang pag-imbento ng radyo.

Sa batayan ng mga sistema ng paghahanap ng direksyon ng radyo, ang mga "autopilot", mga sistema para sa "bulag" na paglapag ng sasakyang panghimpapawid sa fog, at marami pang ibang mga aparato ay binuo.

Ang sapilitang mga oscillations ay tinatawag na mga oscillations na sanhi ng pagkilos sa sistema ng mga panlabas na pwersa na pana-panahong nagbabago sa paglipas ng panahon. Sa kaso ng mga electromagnetic oscillations, ang gayong panlabas na puwersa ay isang pana-panahong pagbabago ng emf. kasalukuyang pinagmulan.

Mga natatanging tampok sapilitang oscillations: sapilitang oscillations - undamped oscillations; ang dalas ng sapilitang mga oscillations ay katumbas ng dalas ng panlabas na pana-panahong pagkilos sa oscillatory system, ibig sabihin, sa kasong ito, ito ay katumbas ng dalas ng pagbabago ng emf. kasalukuyang pinagmulan.

Ang amplitude ng sapilitang mga oscillations ay nakasalalay sa dalas ng pagbabago ng emf. kasalukuyang pinagmulan. Ang sapilitang mga oscillations ay nailalarawan sa pamamagitan ng hindi pangkaraniwang bagay ng electrical resonance, kung saan ang amplitude ng sapilitang mga oscillations ay nagiging maximum. Ang pisikal na hindi pangkaraniwang bagay na ito ay sinusunod kapag ang dalas ng pagbabago ng emf ay nag-tutugma. isang kasalukuyang pinagmumulan na may natural na dalas ng oscillation ng isang ibinigay na circuit, ibig sabihin.:

kung saan: ang i ay ang agarang halaga ng kasalukuyang, i.e. halaga nito sa oras t = 0;

J0 - amplitude o maximum na halaga ng kasalukuyang lakas;

w - dalas ng kasalukuyang pagbabago, ayon sa bilang katumbas ng dalas pagbabago ng emf kasalukuyang pinagmulan.

Sa pagsasagawa, hindi maginhawang gumamit ng madalian o amplitude na mga halaga ng kasalukuyang at boltahe. Ang mga ammeter at voltmeter sa AC circuit ay sumusukat sa tinatawag na epektibo o epektibong mga halaga ng alternating current, na nauugnay sa mga halaga ng amplitude ng kasalukuyang sa pamamagitan ng mga formula:

Ang mga epektibong halaga ng kasalukuyang lakas at boltahe ng alternating current ay ang mga halaga ng mga dami na ito para sa naturang direktang kasalukuyang, na, sa parehong aktibong pagtutol, ay naglalabas para sa isang oras na katumbas ng panahon ng T ng alternating current, ang parehong dami ng init bilang ang ibinigay na alternating current.

Ang pinagmumulan ng alternating current ay isang alternating current generator, ang pisikal na prinsipyo nito ay batay sa pare-parehong pag-ikot sa isang angular velocity w ng flat frame na may lugar na S, na binubuo ng N turns, sa isang pare-parehong magnetic field na may induction B. Sa sa kasong ito, ang frame ay tinusok ng isang alternating magnetic flux:

kung saan: Ф0 - ang pinakamataas na halaga ng magnetic flux;

a ay ang anggulo sa pagitan ng normal sa frame at ng magnetic induction vector B;

Ayon sa batas ng electromagnetic induction, ang agarang halaga ng emf ay masasabik sa frame, nagbabago ayon sa batas:

kung saan: e - agarang halaga ng emf;

e0 - halaga ng amplitude ng emf;

w ay ang angular na bilis ng pag-ikot ng frame.

Sa pangkalahatan, ang isang alternating current circuit ay isang oscillatory circuit:

Ang boltahe sa mga terminal ng kasalukuyang pinagmulang U ay nag-iiba ayon sa harmonic law na may dalas ng pagbabago ng emf. alternator.

Mayroong pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng electrical resistance ng AC circuit kumpara sa electrical resistance ng DC circuit, na nauugnay sa mga pagbabago enerhiyang elektrikal sa iba pang anyo ng enerhiya.

Ang mga aparato kung saan ang enerhiyang elektrikal ay ganap at hindi maibabalik sa ibang uri ng enerhiya ay tinatawag na mga aktibong pagkarga, at mga resistensya ng kuryente mga device na ito - mga aktibong resistensya. Sa isang DC circuit, mayroon lamang mga resistive load.

Ang mga aparato kung saan walang hindi maibabalik na conversion ng elektrikal na enerhiya sa iba pang mga anyo ng enerhiya ay tinatawag na reactive load, at ang kanilang mga resistance ay tinatawag na reactive resistances. Ang mga reactance sa isang AC circuit ay may isang capacitor at isang inductor, na ayon sa pagkakabanggit ay tinatawag na capacitive reactance xc at inductive reactance xL. Sa kasong ito, ang kapasitor ay mayroon lamang reactance, at ang inductor, bilang karagdagan sa reactance, ay mayroon ding aktibong pagtutol. Ang mga reaksyon ay kinakalkula ng mga formula:

kung saan: C ay ang kapasidad ng kapasitor;

L ay ang inductance ng coil;

w ay ang dalas ng pagbabago ng emf. kasalukuyang pinagmulan.

Kung walang reaktibo na pag-load sa alternating current circuit o ang resistensya nito ay bale-wala kumpara sa aktibong paglaban ng circuit, kung gayon ang kasalukuyang pagbabagu-bago ay nag-tutugma sa yugto ng pagbabagu-bago ng boltahe at nangyayari sa dalas at yugto ng mga emf oscillations. kasalukuyang pinagmulan:

Ang AC circuit na walang capacitor at ang aktibong resistensya ay bale-wala kumpara sa inductive reactance ay tinatawag na AC circuit na may inductive resistance. Sa ganoong circuit, ang mga pagbabagu-bago ng boltahe sa coil ay nauuna sa mga kasalukuyang pagbabagu-bago sa pamamagitan ng π/2, i.e.:

. (14)

AC circuit na wala inductive reactance at ang aktibong paglaban na kung saan ay bale-wala kumpara sa kapasidad, ay tinatawag na alternating current circuit na may kapasidad. Sa naturang circuit, ang mga kasalukuyang pagbabagu-bago ay humahantong sa pagbabagu-bago ng boltahe ng π/2:

. (21)

Ang kapangyarihan ay tinatawag na aktibong kapangyarihan. Ang factor cosφ ay tinatawag na power factor, kung saan ang: j ay ang phase shift sa pagitan ng current at voltage fluctuations. Ang power factor ay kinakalkula ng formula.

Alalahanin na ito ay maginhawa upang obserbahan ang mga oscillations sa isang oscillatory circuit. Tinatawag namin ang oscillatory circuit na pinakasimpleng sistema kung saan maaaring umiral ang mga oscillations na ito. Ang oscillatory circuit ay binubuo ng dalawang elemento - isang coil, na may isang tiyak na bilang ng mga liko, na mayroong isang inductance, at isang kapasitor, pangunahing katangian na ang kapasidad ng kuryente (Larawan 1).

kanin. 1. Mga pagtatalaga ng coil at capacitor ()

Ang mga elemento ay maaaring konektado sa iba't ibang paraan, ngunit kadalasan, upang obserbahan ang mga vibrations, sila ay konektado, tulad ng ipinapakita sa Fig. 2.

kanin. 2. Oscillatory circuit LC ()

Ang isang kapasitor ay konektado sa parallel sa likid, tulad ng isang circuit ay tinatawag na isang LC oscillatory circuit, sa gayon ay binibigyang-diin na ang circuit ay may kasamang isang kapasitor at isang inductor. Ito ang pinakasimpleng sistema kung saan nagaganap ang mga electromagnetic oscillations. Tulad ng alam na natin, ang mga pagbabago ay maaaring mangyari kung mayroong ilang mga kundisyon:

1. Ang pagkakaroon ng isang oscillatory circuit.

2. Ang electrical resistance ay dapat na napakaliit.

3. Sisingilin ang kapasitor.

Ito ay tungkol sa libreng vibrations.

Upang lumitaw ang mga undamped oscillations - sapilitang mga oscillations, sa bawat oras na kailangan nating magbigay ng karagdagang enerhiya sa kapasitor sa oscillatory circuit. Tingnan natin kung ano ang hitsura nito sa diagram (Larawan 3).

kanin. 3. Oscillatory circuit ng sapilitang electromagnetic oscillations ()

Sa kasong ito, ang isang oscillatory circuit ay ipinapakita, ang kapasitor na kung saan ay nilagyan ng isang susi. Ang susi ay maaaring lumipat sa posisyon 1 o posisyon 2. Kapag nakakonekta sa posisyon 1, ang kapasitor ay konektado sa isang mapagkukunan ng boltahe at tumatanggap ng isang singil, iyon ay, ang kapasitor ay sinisingil. Kapag nakakonekta sa posisyon 2, ang mga oscillations ay nagsisimula sa oscillatory circuit na ito, ang graph ng oscillatory circuit na ito ay magiging ganito (Fig. 4).

kanin. 4. Graph ng sapilitang electromagnetic oscillations ()

Kapag ang susi ay konektado sa posisyon 2, ang electric current ay tumataas, nagbabago ng direksyon nito at napupunta sa pagpapalambing, kapag ang susi ay inilipat sa posisyon 1 at pagkatapos ay sa posisyon 2, ang susunod na panahon ng oscillation ay nangyayari. Bilang resulta, naobserbahan namin ang isang larawan ng sapilitang electromagnetic oscillations na nagaganap sa circuit.

Ang pinakakaraniwang uri ng sapilitang electromagnetic oscillations ay isang frame na umiikot sa isang magnetic field. Ang aparatong ito ay tinatawag na alternator, at ang alternating current mismo ay sapilitang electromagnetic oscillations.

Upang makakuha ng mga undamped oscillations sa circuit, kinakailangan na gumawa ng isang circuit kung saan ang capacitor ay sisingilin sa bawat oras, kahit isang panahon.

Kapag umaagos agos ng kuryente sa oscillatory circuit, sa bawat oras na may mga pagkawala ng enerhiya na nauugnay sa aktibong paglaban, iyon ay, ang enerhiya ay ginugol sa pag-init ng mga wire, ngunit mayroong dalawa pa mahahalagang sandali pagkawala ng enerhiya:

Ang mga gastos sa enerhiya para sa pagkilos ng electromagnetic charge ng kapasitor sa dielectric, na matatagpuan sa pagitan ng mga plato. Ang dielectric ay apektado electric field, na nangyayari sa loob ng kapasitor, kung saan ang bahagi ng enerhiya ay natupok;

Kapag ang isang electric current ay dumadaloy sa circuit, isang magnetic field ang nalilikha, na nag-aalis ng isang tiyak na halaga ng enerhiya sa nakapalibot na espasyo.

Upang mabayaran ang mga pagkalugi na ito, dapat nating ipaalam sa bawat oras ang kapasitor ng enerhiya.

Ang problemang ito ay matagumpay na nalutas noong 1913, nang ang isang tatlong-electrode electric lamp(Larawan 5).

kanin. 5. Three-electrode vacuum tube ()

Sapilitang electromagnetic oscillations- panaka-nakang pagbabago sa kasalukuyang at boltahe sa electrical circuit.

Ang isang de-koryenteng circuit ay hindi kinakailangang isang oscillatory circuit, ngunit ang mga pana-panahong pagbabago sa mga katangian (kasalukuyan, boltahe, singil), ang mga ito ay sapilitang electromagnetic oscillations.

Pilit electromagnetic oscillations - walang basa electromagnetic oscillations, dahil hindi sila tumitigil sa loob ng mahabang panahon, anumang oras na aming pinlano.

Ang teorya ng electromagnetic field ay binuo ng English scientist na si James Maxwell, isasaalang-alang natin ito sa mga susunod na aralin.

Bibliograpiya

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Physics ( isang pangunahing antas ng) - M.: Mnemozina, 2012.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Physics grade 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Pisika-9. - M.: Enlightenment, 1990.

Takdang aralin

Tukuyin ang sapilitang electromagnetic oscillations.
Ano ang pinakasimpleng oscillating circuit na ginawa?
Ano ang kinakailangan para ang mga oscillation ay hindi madapa?

Internet portal Sfiz.ru ().
Internet portal Eduspb.com ().
Internet portal Naexamen.ru ().

Mga natatanging katangian ng sapilitang mga oscillations: sapilitang mga oscillations - undamped oscillations; ang dalas ng sapilitang mga oscillations ay katumbas ng dalas ng panlabas na pana-panahong pagkilos sa oscillatory system, ibig sabihin, sa kasong ito, ito ay katumbas ng dalas ng pagbabago ng emf. kasalukuyang pinagmulan.

kung saan: ang i ay ang agarang halaga ng kasalukuyang, i.e. halaga nito sa oras t = 0;

J 0 - amplitude o maximum na halaga ng kasalukuyang lakas;

w ay ang dalas ng kasalukuyang pagbabago, ayon sa bilang na katumbas ng dalas ng pagbabago ng emf. kasalukuyang pinagmulan.

Ang mga epektibong halaga ng kasalukuyang lakas at boltahe ng alternating current ay ang mga halaga ng mga dami na ito para sa tulad ng isang direktang kasalukuyang, na, sa parehong aktibong pagtutol, ay naglalabas ng parehong dami ng init sa isang oras na katumbas ng panahon T ng alternating current bilang ibinigay na alternating current.

kung saan: Ф 0 - ang pinakamataas na halaga ng magnetic flux;

a ay ang anggulo sa pagitan ng normal sa frame at ng magnetic induction vector B;

Ayon sa batas ng electromagnetic induction, ang agarang halaga ng emf ay masasabik sa frame, nagbabago ayon sa batas:

kung saan: e - agarang halaga ng emf;

e 0 - halaga ng amplitude ng emf;

w ay ang angular na bilis ng pag-ikot ng frame.

Sa pangkalahatan, ang isang alternating current circuit ay isang oscillatory circuit:

Ang boltahe sa mga terminal ng kasalukuyang pinagmulang U ay nag-iiba ayon sa harmonic law na may dalas ng pagbabago ng emf. alternator.

Mayroong pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng electrical resistance ng isang AC circuit kumpara sa electrical resistance ng isang DC circuit, na nauugnay sa conversion ng elektrikal na enerhiya sa iba pang mga uri ng enerhiya.

Ang mga aparato kung saan ang mga de-koryenteng enerhiya ay ganap at hindi maibabalik sa ibang mga uri ng enerhiya ay tinatawag na mga aktibong pagkarga, at ang mga de-koryenteng resistensya ng mga aparatong ito ay tinatawag na mga aktibong resistensya. Sa isang DC circuit, mayroon lamang mga resistive load.

Ang mga aparato kung saan walang hindi maibabalik na conversion ng elektrikal na enerhiya sa iba pang mga anyo ng enerhiya ay tinatawag na reactive load, at ang kanilang mga resistance ay tinatawag na reactive resistances. Ang mga reactance sa isang alternating current circuit ay may isang capacitor at isang inductor, na ayon sa pagkakabanggit ay tinatawag na capacitive x c resistance at inductive reactance x L . Sa kasong ito, ang kapasitor ay mayroon lamang reactance, at ang inductor, bilang karagdagan sa reactance, ay mayroon ding aktibong pagtutol. Ang mga reaksyon ay kinakalkula ng mga formula:

kung saan: C ay ang kapasidad ng kapasitor;

L ay ang inductance ng coil;

w ay ang dalas ng pagbabago ng emf. kasalukuyang pinagmulan.

Ang AC circuit na walang capacitor at ang aktibong resistensya ay bale-wala kumpara sa inductive reactance ay tinatawag na AC circuit na may inductive resistance. Sa naturang circuit, ang mga pagbabagu-bago ng boltahe sa coil ay nauuna sa mga kasalukuyang pagbabagu-bago ng /2, ibig sabihin.:

. (14)

Ang AC circuit na walang inductive reactance at ang aktibong resistensya ay bale-wala kumpara sa capacitance ay tinatawag na capacitive AC circuit. Sa ganoong circuit, ang mga kasalukuyang pagbabagu-bago ay humahantong sa pagbabagu-bago ng boltahe ng /2:

Para sa amplitude at epektibong mga halaga ng alternating current, ang batas ng Ohm ay wasto:

, (19)

kung saan ang halaga ng R ay tinatawag na impedance ng AC circuit.

Ang dami ng init Q na inilabas sa aktibong pagtutol ay kinakalkula ayon sa batas ng Joule-Lenz:

. (20)

Ang halaga ng na-convert na elektrikal na enerhiya sa iba pang mga uri ng enerhiya ay tinutukoy ng kapangyarihan ng alternating current. Dahil ang kasalukuyang at boltahe ay mga variable, ang kapangyarihan sa alternating current circuit ay isa ring variable. Samakatuwid, makatuwiran na pag-usapan lamang ang tungkol sa agarang halaga ng kapangyarihan \u003d I 2 R a, o tungkol sa average na halaga ng kapangyarihan sa panahon ng T ng pagbabago sa alternating current, na kinakalkula ng formula:

. (21)

. (22)

Ang isang aparato na tinatawag na transpormer ay ginagamit upang i-convert ang alternating current ng isang boltahe sa alternating current ng isa pang boltahe sa parehong frequency. Ang transpormer ay isang sistema na binubuo ng dalawang windings (coils) na konektado ng isang core. Kung ang orihinal na coil ay naglalaman ng N 1 pagliko, at ang pangalawang coil ay naglalaman ng N 2 pagliko, kung gayon ang ratio ng pagbabagong k ay kinakalkula ng formula:

kung saan ang e 1 at e 2 - e.m.f. induction sa pangunahin at pangalawang windings.

Kung ang pagbaba ng boltahe sa aktibong paglaban ng pangunahing paikot-ikot ng transpormer ay bale-wala, kung gayon: ε 1 = u 1 at ε 2 = u 2. Pagkatapos:

kahusayan transpormer ay tinatawag na ratio ng kapangyarihan R 2 na ibinigay ng pangalawang paikot-ikot sa kapangyarihan R 1 na ibinibigay sa pangunahing paikot-ikot:

. (25)

kahusayan ang mga modernong transformer ay napakataas - 97-98%. Samakatuwid, ayon sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, ang kasalukuyang kapangyarihan sa pangunahing paikot-ikot ay halos katumbas ng kasalukuyang kapangyarihan sa pangalawang paikot-ikot: R 1 R 2 . Ito ay sumusunod na: J 1 U 1 J 2 U 2 .

Pagkatapos ang formula (24) ay maaaring isulat bilang:

, (26)