Свободные и вынужденные электромагнитные колебания

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания.
Колебательный контур.
Дж.Генри (1842 г.) –установил колебательный характер разряда конденсатора (открыл ЭМК).
Электромагнитные колебания (ЭМК) - это периодические изменения заряда, силы тока и
напряжения, происходящие в электрической цепи.
Виды электромагнитных колебаний:
1. Свободные ЭМК – колебания, происходящие под действием внутренних сил (затухающие).
2. Вынужденные ЭМК – колебания в цепи под действием внешней периодически изменяющейся
электродвижущей силы (не затухающие).
1. Свободные электромагнитные колебания.
Простейшей электрической системой, способной совершать свободные колебания, является
колебательный контур.
Колебательный контур – цепь, состоящая из катушки и конденсатора, соединенных последовательно.
L – индуктивность катушки[Гн]
C – электроёмкость конденсатора [Ф]
Свободные электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре после
однократного подведения энергии. Это можно сделать, например, зарядив конденсатор от источника.
Т.к. обкладки конденсатора замкнуты на катушку, то конденсатор начнет разряжаться. Этот ток
создаст магнитное поле катушки.
По мере увеличения тока и уменьшения напряжения на конденсаторе энергия электрического
поля WЭ преобразуется в энергию магнитного поля катушки WМ.
В момент полной разрядки конденсатора ток в катушке и энергия магнитного поля достигают своего
максимального значения.
Далее ток начинает убывать. Благодаря явлению самоиндукции это происходит постепенно.
Конденсатор начинает перезаряжаться. Энергия магнитного поля преобразуется в энергию
электрического поля.
t =0
Um
+++

I=0
t
+ +
 
I
Im
U=0
T
4
t
 
+ +
I
Um
 
T
2
I=0
+ ++
СU m2
LI 2
СU m2
Wм  m
Wэ 
2
2
2
1. Конденсатор разряжается.
1. Конденсатор перезаряжается.
2. Сила тока увеличивается
2. Сила тока уменьшается.
3. Электрическое поле превращается в
3. Магнитное поле превращается в
магнитное поле.
электрическое поле.
Wэ 
Если контур реальный, то потери энергии электромагнитного поля неизбежны, т. к. частично
энергия электромагнитного поля переходит во внутреннюю энергию проводников, диэлектрика, а
также выделяется в виде джоулевого тепла на активной нагрузке. В результате, в реальном контуре
возникают свободные электромагнитные колебания, которые являются затухающими.
Вынужденные электромагнитные колебания
Переменный электрический
незатухающими).
ток
представляет
собой
вынужденные
ЭМК
(являются
Для того чтобы колебания были незатухающими, на колеблющееся тело должна действовать
внешняя периодически изменяющаяся сила.
Роль внешней силы выполняет Э. Д. С. от внешнего источника - генератора переменного тока,
работающего на электростанции.
Вынужденные колебания электромагнитные обеспечивают работу электрических двигателей в
станках на заводах и фабриках, приводят в действие электробытовые приборы и осветительные
системы. Действие внешней переменной Э. Д. С. способно восстанавливать потерю энергии,
создавать и поддерживать незатухающие электромагнитные колебания.
Характеристики электромагнитных колебаний:
1. Период – время, за которое происходит одно полное колебание.
Т – период колебаний [с]
 формула Томсона
T  2 LC
Т зависит от:
  3,14
L – индуктивность катушки[Гн]
C – электроёмкость конденсатора [Ф]
2. Частота – количество колебаний, происходящих за 1с.

1
T
 – частота колебаний [Гц]
В России частота переменного тока
  50 Гц