Контур физика: Колебательный контур — урок. Физика, 9 класс.

Физика Колебательный контур. Получение электромагнитных колебаний

Материалы к уроку

Конспект урока

Первым, кто экспериментально получил электромагнитную волну, был немецкий ученый Генрих Герц. Так же он смог передать ее на небольшое расстояние и принять.  В 1886 году Герц заметил крошечные искры, проскакивающие в зазоре медного кольца, когда рядом разряжалась индукционная катушка. Это свидетельствовало о присутствии электромагнитных волн. Герц принялся изучать это явление. Он сконструировал аппарат, который состоял из передатчика и устройства, которое бы создало колебание необходимой частоты и приемника. Для того чтобы понять, в чем заключалась идея Герца в создании передатчика, необходимо вспомнить теоритические выводы Максвелла об электромагнитных волнах: электромагнитные волны создаются ускоренно движущимися зарядами. Создать такие заряды можно только в колебательном контуре. Колебательный контур – это цепь, которая состоит, в идеале, из последовательно соединенной катушки и конденсатора. В таком контуре возникают электромагнитные колебания, то есть периодические изменения со временем электрического и магнитного поля и, соответственно, величин, их характеризующих.

Рассмотрим, как происходят эти колебания. Отсчет времени начинается с того момента, как в цепь подключили заряженный конденсатор. Напряжение на обкладках конденсатора максимально, линии напряженности электрического поля направлены сверху вниз. В следующий промежуток времени, конденсатор начинает разряжаться (то есть электрическое поле ослабевает) и в цепи начинает течь ток. Одновременно с этим в катушке возникнет магнитное поле, препятствующее возрастанию тока в цепи. Здесь мы наблюдаем превращение электрического поля в магнитное. Когда конденсатор полностью разряжен, энергия контура заключена в магнитном поле. Так как конденсатор разрядился, ток начинает в контуре убывать, и в катушке в результате явления самоиндукции возникает индукционный ток, который направлен так же, как и убывающий ток (согласно правилу Ленца).

В результате этого конденсатор начинает перезаряжаться, теперь нижняя обкладка конденсатора заряжена положительно, а верхняя отрицательно. Магнитное поле опять превращается в электрическое. С уменьшением магнитного поля до нулевого значения конденсатор полностью заряжается. Энергия контура заключена в электрическом поле. Полностью заряженный конденсатор начинает разряжаться, но так как полярность обкладок конденсатора изменилась, ток потечет в противоположном направлении. Процесс повторится, но в зеркальном отражении.  Таким образом, создаются свободные электромагнитные колебания, то есть колебания, которые возникли благодаря первоначальному запасу энергии (по аналогии с механическими колебаниями). Электромагнитное поле в контуре создано. Однако такой контур очень слабо излучает эту энергию в окружающую среду. Если раскрывать обкладки конденсатора все больше и больше, то все электромагнитные волны будут излучаться в пространстве более свободно.
В своем опыте Герц использовал катушку Румкорфа. Она состоит из первичной обмотки толстой проволоки и вторичной, большого количества витков тонкой проволоки. Эта катушка позволяет получить на концах вторичной обмотки огромное напряжение, благодаря чему сферы заряжаются противоположными зарядами. Через некоторое время в промежутке между сферами проскакивает искра. В этот момент в открытом контуре получаем высокочастотные колебания, которые будут распространяться в виде волны в окружающее пространство.   Электромагнитная волна невидима. Поэтому для ее регистрации или приема Герц использовал кольцо с разрывом. Экспериментируя с размером кольца и расстоянием до контура, Герц получил искровой разряд. Искры были результатом электромагнитных колебаний, которые распространялись в пространстве как волны и заряжали приемник.
 

Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!

• Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

• Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

• Повысим успеваемость по школьным предметам

• Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать репетитораОставить заявку на подбор

Колебательный контур – формула явления, расчет

4. 6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 152.

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 152.

Простейшей электрической схемой, в которой могут существовать колебания, является колебательный контур. Рассмотрим процессы, происходящие в нем.

Колебательный контур

Колебательным контуром называется цепь из параллельно соединенных конденсатора и катушки индуктивности.

Рис. 1. Схема колебательного контура.

Разорвем схему, и зарядим конденсатор. На его обкладках появится напряжение. Если теперь соединить выводы конденсатора внешним проводником – возникнет сильный электрический разряд, поскольку сопротивление проводника невелико, ток разряда резко возрастет до больших значений, выделяемая мощность также будет велика.

Однако, если замкнуть контур через катушку индуктивности, ситуация будет иной. Электрическое сопротивление катушки также невелико, однако, резкого броска тока не возникнет. Происходящее дальше будет состоять из двух стадий.

Первая стадия

Конденсатор начнет разряжаться через малое сопротивление катушки. Но, в результате явления самоиндукции, возникающее в катушке магнитное поле будет направлено так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Поэтому ток будет возрастать гораздо медленнее, чем при коротком замыкании. Напряжение на конденсаторе при этом будет падать. В результате максимальное значение тока не достигнет значений короткого замыкания.

В конце стадии разряда конденсатора ток через обе компоненты контура будет иметь некоторое максимальное значение, а напряжение на конденсаторе уменьшится до нуля.

Вторая стадия

Здесь опять ключевую роль играет явление самоиндукции. Поскольку напряжение на обоих компонентах контура уменьшилось до нуля, ток должен прекратиться. Однако, магнитный поток в катушке индуктивности направлен так, чтобы противодействовать этому. В результате ток исчезает не сразу, а снижается в течение некоторого времени.

Снижающийся ток проходит через разряженный конденсатор, и заряжает его (уже в противоположном направлении). 2\over 2}$

Сумма этих величин будет постоянна: $W_C+W_C=const$. Если теперь вычислить скорость изменения каждого вида энергии (взяв производные по времени) и приравнять их друг другу, то после преобразований можно получить формулу, позволяющую произвести расчет частоты колебаний в контуре:

$$\omega ={1\over \sqrt {LC}}$$

Или для периода колебаний:

$$T ={2\pi\over\omega}=2\pi \sqrt {LC}$$

Данная формула называется формулой Томсона в честь физика, который ее вывел.

Колебания в контуре

Из уравнения баланса энергии в контуре можно также вывести уравнение изменения заряда на конденсаторе:

$$q =q_{max}cos(\omega t)$$

А учитывая, что ток в контуре представляет собой производную заряда по времени, можно получить уравнение тока в контуре:

$$I =I_{max}cos(\omega t+{\pi\over2})$$

Из данных формул видно, что и колебания заряда и колебания тока в контуре происходят по гармоническому закону, однако, при этом они смещены друг относительно друга на четверть периода.

Рис. 3. Графики колебаний заряда и тока в контуре.

Колебательный контур во многом аналогичен пружинному маятнику. Заряду соответствует координата, силе тока соответствует мгновенная скорость, индуктивности соответствует масса, емкости соответствует мягкость пружины (большей емкости соответствует более мягкая пружина).

Что мы узнали?

Электрический колебательный контур – это схема, состоящая из параллельных конденсатора и катушки индуктивности. Энергия в колебательном контуре попеременно переходит то в форму заряда в конденсаторе, то в форму магнитного потока в катушке. Возникают колебания напряжения и тока.

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда – пройдите тест.

Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.6

Средняя оценка: 4.6

Всего получено оценок: 152.

---

А какая ваша оценка?

Краткое описание – работа и энергия

Краткое описание – работа и энергия Определение работы Работа = Fs cos F,s , где F — сила, s — пройденное расстояние и F,s это угол между F и s . Работа является скаляром количество. Поскольку работа является скалярной величиной, вы можете используйте знак + для работы, когда работа увеличивает энергию система и а – знак работы, когда работа требует энергии вне системы. Расчет работы различных сил ( f — сила трения) Для рис. 2а выше Работа, выполненная F = Fs cos F,s = Fs cos 0 или = Fs Работа, выполненная N = Ns cos N,s = Ns cos 90 или = 0 Работа, совершенная m г = (мг)с cos m г,с = (мг)с cos -90 o = 0 Работу выполнили f = fs cos f,s = fs cos 180 o = -fs Для рис. 2b Работа, выполненная F = Fs cos F,s = Fs cos Θ Работа, выполненная N = Ns cos N,s = Ns cos 90 или = 0 Работа, выполненная m г = (мг)с cos m г,с = (мг)с cos -90 o = 0 Работа, выполненная f = fs cos f,s = fs cos 180 o = -fs Для рис. 3c Работа, выполненная F = Fs cos F,s = Fs cos 0 или = Fs Работа, выполненная N = Ns cos N,s = Ns cos 90 или = 0 Работа, совершенная m г = (мг)с cos m г,с = (мг)s cos -(Θ + 90 o ) = -mgs sin Θ Работа, выполненная f = fs cos f,s = fs cos 180 o = -fs Примеры проблем в 107 Набор задач для работы и энергии : 1-6. Теорема о работе-энергии Работа, совершаемая чистой силой, равна изменению кинетическая энергия. Кинетическая энергия K = 1/2 мв 2 , где m – масса объекта и v его скорость. Пример: Каждый график на рис.3 ниже описывает одномерное движение и находит работу, выполненную в каждом случае: На рис. по скорости = 3,0 м/с 2 (4,0 с) = 12 м/с. Работа, совершаемая чистой силой = изменение кинетической энергии = 1/2 мВ f 2 – 1/2 mv o 2 = 1/2(5,0 кг)(12 м/с) 2 – 1/2(5,0 кг)(0) 2 = 360 Дж На рис. 3b скорость постоянна. Нет никаких изменений в кинетической энергии и никакой работы не совершается. Работа чистой силы = изменение кинетической энергии = 1/2 mv f 2 – 1/2 mv o 2 = 1/2(5,0 кг)(0) 2 -1/2(5,0 кг)(5 м/с) 2 = -62,5 Дж Работа чистой силы = изменение кинетической энергии = 1/2 mv f 2 – 1/2 mv o 2 = 1/2(5,0 кг)(5 м/с) 2 -1/2(5,0 кг)(0) 2 = +62,5 Дж Примеры проблем в 107 Набор задач для работы и энергии : 7, 9-14. Механическая энергия Кинетическая энергия К – энергия движения. Для объекта массы m движется со скоростью v,    K = 1/2 мВ 2 Потенциальная энергия U – энергия положения. Потенциальная энергия в точке P равно отрицательной работе, выполненной консерватором сила при переходе из точки с нулевым потенциалом в точку Р. Каждая консервативная сила имеет свою собственную функцию потенциальной энергии. Вблизи земной поверхности, где вес объекта – mg, функция гравитационной потенциальной энергии U = mgh, где m — масса объекта, g — ускорение под действием силы тяжести, а h — высота по вертикали над точка с нулевой потенциальной энергией. Вы обычно берете ноль потенциальной энергии в низшей точке, если только место указано для U = 0 в постановке задачи. Функция упругой потенциальной энергии U = 1/2 kx 2 , где k — жесткость пружины, а x — смещение. из положения равновесия. Ноль потенциальной энергии для пружины, когда масса находится в равновесии позиция, х = 0, Потенциальная энергия гравитационной силы F г = (Gm 1 м 2 /r 2 ), где сила направлена ​​в отрицательном радиальном направлении, равна U = – Gm 1 м 2 /об. Ноль для этого U – это когда r = бесконечность. Тип консервативной силы Сила Функция потенциальной энергии У U = 0 баллов Гравитационная сила вблизи Поверхность Земли = константа м г мгч = мгг у= ч = 0 Гравитационная сила между два “точечных” объекта = переменная F г = -Gm 1 м 2 r /r 3   F = Gm 1 4 2 -Gm 1 м 2 /р г = ∞ Сила упругости = переменная F = -k х 1/2 кх 2 х = 0 Полная энергия системы E = U + K. Если нет неконсервативная сила действует на систему, E f = E i , или (U f + К ф ) = (У i + К i ) Если на систему действуют неконсервативные силы, совершенная работа неконсервативными силами =                  (U f + К ф ) – (У и + К и ) Пример: (a) Выпущен объект массой m = 2,0 кг из состояния покоя на вершине склона без трения высотой 3 м и длиной 5 м. Принимая g = 10 м/с 2 , используйте энергетических соображений, чтобы найти скорость тела на нижняя часть склона. (b) Повторите, когда µ k между объектом и плоскость 1/4. Решение: (a) Поскольку наклон не имеет трения и никакая другая неконсервативная сила не действует на объект, энергия сохраняется. Возьмем начальную точку i на вершине склона. и конечная точка f внизу склона. Пусть U f = 0. В начальной точке потенциальная энергия равна mgh, где h — высота по вертикали над нижней частью наклон. Объект высвобождается из верхней части наклон означает, что его начальная скорость v я это нуля, так что K i = 1/2 mv i 2 = 0. Из закона сохранения энергии, U i + К и = У ф + К ф 2,0 кг(10 м/с 2 )(3 м) + 0 = 0 + 1/2 (2,0 кг) v f 2   60 м 2 /с 2 = v ф 2 v f = (60) 1/2 м/с = 7,7 м/с (b) В нижней части склона U f = 0; на вершине склона U i = mgh. K i = 0. При силе трения неконсервативная сила, действующая на брусок, механическая энергия не сохраняется. (F net ) y = ma y = m(0) F N – mg cos Θ = 0 F N = мг cos Θ f k = µ k F N = µ k мг, потому что Θ = µ к mg(4/5) Поскольку расстояние по плоскости s = 5 м и cos f k ,  s = 180 o , работа трения = (f к ) с cos f k , с = {µ k мг cos Θ} с cos 180 o = (1/4)(2 кг)(10 м/с 2 )(4/5)}(5м)(-1) = -20 Дж. Работа по трение = (U f + K f ) – (U i + K i ) -20 Дж = (0 + 1/2 mv f ’ 2 ) – (mgh + 0) -20 Дж = 1/2(2 кг)v f ’ 2 – (2 кг)(10 м/с 2 )(3 м) -20 Дж = 1 кг v f ‘ 2 – 60 Дж 60 Дж – 20 Дж = 1 кг v f ‘ 2 4 = = 40 кг·м 2 /с 2 = v f ’ 2 кг; в ф ’ = (40) 1/2 м/с = 6,3 м/с. Примеры проблем в 107 Набор задач для работы и энергии : 14-21, 23-41. Скалярное или скалярное произведение Определение C = A • B = |A||B|cos A , B Работа = Fs cos F , с можно записать как F • s Единичные векторы i • i = |i||i|cos и , i = |1||1|cos 0 или = 1 j • j = |j||j|cos j , j = |1||1|cos 0 o = 1 k • k = |k||k|cos k , к = |1||1|cos 0 или = 1 i • j = |i||j|cos и , j = |1||1|cos 90 o = 0 = j • i i • k = |i||k|cos i , к = |1||1|cos 90 или = 0 = k • i j • k = |j||k|cos j , к = |1||1|cos 90 0 = 0 = к • j Примеры проблем в 107 Набор задач для работы и энергии : 8, 22.

Краткое содержание курса — Физика и астрономия

Код курса

ФИЗИКА 729

Название курса

Физика конденсированного состояния I

Преподаватель

Б. Гаулин

Семестр

Осень 2018 9

План

Скоро

Код курса

ФИЗИКА 753

Название курса

Продвинутая статистическая механика

Преподаватель

4 Сем. Ли

4 11 Осень 2018 г.

Схема

Схема

Код курса

ФИЗИКА 785

Название курса

Interstellar Medium

Преподаватель

Р. Пудриц

Семестр

Осень 2018

План

Скоро

Код курса

MEDPHYS 779

Название курса

Радиационные риски и преимущества для здоровья

Преподаватель

F. McNeill 1 Term 1

4

4

4

2021

Схема

Схема

Код курса

MEDPHYS 6B03

Название курса

Радиоактивность и взаимодействие излучений

Преподаватель

Ф. Макнейл

Семестр

Осень 2022 г.

Схема

Схема

Код курса

MEDPHYS 702

Название курса

Медицинские системы визуализации II

Инструктор

1 Семестр 90 Nose4worthy 14

Fall 2022

Outline

Outline

Код курса

MEDPHYS 771

Название курса

Изотопы In-Vivo

Инструктор

Д. Моску

Семестр

Осень 2022

План

0014

Скоро

Код курса

MEDPHYS 772

Название курса

Медицинская физика здоровья

Инструктор

К. Даймонд

4 Срок 9001 14

Схема

Схема

Код курса

MEDPHYS 775

Название курса

Продвинутая радиационная физика

Преподаватель

С.Х. Byun

Term

Fall 2022

Outline

Outline

Код курса

ФИЗИКА 739

Название курса

Продвинутая квантовая механика I

Преподаватель

Д. О’Делл

Семестр

1 Схема

Схема

Код курса

ФИЗИКА 761

Название курса

Введение в астрофизику I

Преподаватель

А. Силлс

Семестр

Осень 2022

План

План

Код курса

ФИЗИКА 762

Название курса

Введение в астрофизику II

Преподаватель

К. Уилсон

Срок

Осень 2022

Краткое содержание

Код курса

ФИЗИКА 778

Название курса

Звездообразование

Инструктор

К. Уилсон

Семестр

Осень 2022

План

План

Код курса

ФИЗИКА 745B

Название курса

Специальные темы по теоретической физике-Модуль

Преподаватель

C. Burgess

Семестр

Осень 2022

4

Comline ing Скоро

Код курса

MEDPHYS 774

Название курса

Моделирование методом Монте-Карло для медицинской и медицинской физики

Инструктор

S. H. Byun

Term

Весна/Лето 2022

Outline

Схема

Код курса

MEDPHYS 776A

Название курса

 

Преподаватель

Дж. Уодсли

Срок

9011 1 План

Скоро

Код курса

ФИЗИКА 730

Название курса

Физика конденсированного состояния II

Преподаватель

Т. Имаи

Семестр

Зима 2019

План

План

Код курса

ФИЗИКА 768

Название курса

Наблюдательная космология

Преподаватель

Л. Паркер

Семестр

Зима 2019

Скоро

Код курса

ФИЗИКА 769

Название курса

Оптика и Инфракрасные приборы и методы наблюдений

Инструктор

Д. Уэлч

Срок

Зима 2019 г.

Схема

Схема

Код курса

ФИЗИКА 781

Название курса

Галактическая динамика

Преподаватель

A. Sills

Срок

^{Зима 2014 014}

Скоро

Код курса

ФИЗИКА 710

Название курса

Введение в научную анимацию с использованием Cinema4D

Преподаватель

C. Fradin

Срок

Зима 2020 г.

План

Краткое содержание

Код курса

ФИЗИКА 755

Название курса

Физика полимеров

Преподаватель

К. Дальноки-Вересс

Зимний семестр 20014

4

Схема

Схема

Код курса

MEDPHYS 770

Название курса

Медицинские системы визуализации 1

Преподаватель

Р. Хантер

Срок

Зима 2023

План

Скоро

Код курса

МЕДФИЗ 776

Название курса

(Теоретическая) Космология

Инструктор

Дж. Уодсли

Семестр 903

Зимний семестр

4

11 Схема

Схема

Код курса

MEDPHYS 780

Курс Название

Радиационные эффекты у растений и животных

Преподаватель

К.