Электромагнитные колебания (к задачнику Рымкевича для 10-11 классов)

Электромагнитные колебания к задачнику по физике за 10-11 классы «Физика. 10-11 класс. Пособие для общеобразовательных учебных заведений» Рымкевич А.П.

Рассмотрим колебательный контур, состоящий из конденсатора емкости C и катушки индуктивности L. Если в начальный момент времени конденсатор С имеет заряд q0, то в контуре возникнут электромагнитные колебания. Заряд q на конденсаторе изменяется от времени t по гармоническому закону:

где q0 — амплитуда колебаний заряда, ω — собственная частота колебаний.

Период T собственных электромагнитных колебаний в колебательном контуре выражается формулой Томсона:

Частота v электромагнитных колебаний равна:

Переменным электрическим током называется ток I, который изменяется во времени по гармоническому закону:

где I0 — амплитуда колебаний тока, ω — частота переменного тока.

В случае переменного тока напряжение U прямо пропорционально силе тока I:

где Z — коэффициент пропорциональности, называемый импедансом. Его можно записать в виде:

где XR = R — активное сопротивление,

— емкостное сопротивление,

— индуктивное сопротивление.

Отметим, что переменный ток в отличии от постоянного течет через конденсатор. При высоких частотах ω емкостное сопротивление падает почти до нуля, а индуктивное значительно возрастает. При низких частотах соответственно наоборот.

Средняя за период мощность P в цепи переменного тока определяется формулой:

где I0, U0 — амплитуды силы тока и напряжения соответственно.

Отметим, что мощность выделяется только на активном сопротивлении.

Пусть у нас имеется нагрузка сопротивлением R. Действующим (эффективным) значением силы переменного тока IД называется величина, при которой на нагрузке R при постоянной силе тока IД выделяется мощность, равная средней мощности нашего переменного тока. Можно доказать, что

Аналогичным образом дается определение действующего (эффективного) напряжения:

Трансформатор — это устройство, предназначенное для преобразования напряжения переменного тока. Он состоит из магнитного сердечника, первичной и вторичной обмоток. Пусть первичная обмотка содержит n1 витков, а вторичная — n2. Если мы подадим на первичную обмотку напряжение U1 то во вторичной обмотке индуцируется напряжение U2. Они связаны следующей формулой:

Наверх