Колебательный контур получение электромагнитных колебаний 9. Вынужденные электромагнитные колебания. Электромагнитные колебания в контуре - источник радиоволн. III. Изучение нового материала

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

обучающие : ввести понятия: “электромагнитные колебания”, “колебательный контур”; показать универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы; показать, что колебания в идеальном контуре являются гармоническими; раскрыть физический смысл характеристик колебаний;
развивающие : развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей в процессе приобретения знаний и умений по физике с использованием различных источников информации, в том числе средств современных информационных технологий; формирование умений оценивать достоверность естественнонаучной информации;
воспитательные : воспитание убежденности в возможности познания законов природы; использования достижений физики на благо развития человеческой цивилизации; необходимости сотрудничества в процессе совместного выполнения задач, готовности к морально-этической оценке использования научных достижений, чувства ответственности за защиту окружающей среды.

Ход урока

I. Оргмомент.

На сегодняшнем уроке мы приступаем к изучению новой главы учебника и тема сегодняшнего урока “Электромагнитные колебания. Колебательный контур”.

II. Проверка домашнего задания.

Начнем наш урок с проверки домашнего задания.

Слайд 2. Тест на повторение пройденного материала и курса 10 класса.

Вам было предложено ответить на вопросы к схеме, изображенной на рисунке.

1. При каком положении ключа SA2 неоновая лампа при размыкании ключа SA1 вспыхнет?

2. Почему неоновая лампа не вспыхивает при замыкании ключа SA1, в каком бы положении ни находился переключатель SA2?

Тест выполняется на компьютере. Один из обучающихся тем временем собирает схему.

Ответ . Неоновая лампа вспыхивает при втором положении переключателя SA2: после размыкания ключа SA1 вследствие явления самоиндукции в катушке течёт убывающий до нуля ток, вокруг катушки возбуждается переменное магнитное поле, порождающее вихревое электрическое поле, которое в течение короткого времени поддерживает движение электронов в катушке. По верхней части цепи через второй диод (он включён в пропускном направлении) протечёт кратковременный ток. В результате самоиндукции в катушке при размыкании цепи появится разность потенциалов на её концах (ЭДС самоиндукции), достаточная для поддержания газового разряда в лампе.

При замыкании ключа SA1(ключ SA2 в положении 1) напряжения источника постоянного тока не хватает для поддержания газового разряда в лампе, поэтому она не загорается.

Давайте проверим правильность ваших предположений. Предложенная схема собрана. Посмотрим, что происходит с неоновой лампой при замыкании и размыкании ключа SA1 при разных положениях переключателя SA2.

(Тест составлен в программе MyTest. Оценка выставляется программой).

Файл для запуска программы MyTest (находится в папке с презентацией)

Тест. (Запустить программу MyTest, открыть файл “Тест”, нажать клавишу F5 для начала теста)

III. Изучение нового материала.

Слайд 3. Постановка задачи: Давайте вспомним что мы знаем о механических колебаниях? (Понятие свободные и вынужденные колебания, автоколебания, резонанс и т.д.) В электрических цепях, так же как и в механических системах, таких как груз на пружине или маятник, могут возникать свободные колебания. На сегодняшнем уроке мы приступаем к изучению таких систем. Тема сегодняшнего урока: “Электромагнитные колебания. Колебательный контур”.

Цели урока

введём понятия: “электромагнитные колебания”, “колебательный контур”;
покажем универсальность основных закономерностей колебательных процессов для колебаний любой физической природы;
покажем, что колебания в идеальном контуре являются гармоническими;
раскроем физический смысл характеристик колебаний.

Вспомним вначале какими свойствами должна обладать, система для того чтобы в ней могли возникнуть свободные колебания.

(В колебательной системе должна возникать возвращающая сила и происходить превращение энергии из одного вида в другой, трение в системе должно быть достаточно мало.)

В электрических цепях, так же как и в механических системах, таких как, груз на пружине или маятник, могут возникать свободные колебания.

Какие колебания называются свободными колебаниями?(колебания, которые возникают в системе после выведения её из положения равновесия) Какие колебания называются вынужденными колебаниями? (колебания, происходящие под действием внешней периодически изменяющейся ЭДС)

Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями.

Слайд 4. После того как изобрели лейденскую банку и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать электрический разряд банки. Замыкая обкладки лейденской банки с помощью проволочной катушки, обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются, но предсказать какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой южным было нельзя. Немалую роль в теории электромагнитных колебаний сыграл немецкий ученый XIX века ГЕЛЬМГОЛЬЦ Герман Людвиг Фердинанд. Его называют первым врачом среди ученых и первым ученым среди врачей. Он занимался физикой, математикой, физиологией, анатомией и психологией, добившись в каждой из этих областей мирового признания. Обратив внимание на колебательный характер разряда лейденской банки, в 1869 году Гельмгольц показал, что аналогичные колебания возникают в индукционной катушке, соединенной с конденсатором (т.е., по существу, создал колебательный контур, состоящий из индуктивности и емкости). Эти опыты сыграли большую роль в развитии теории электромагнетизма.

Слайд 4. Обычно электромагнитные колебания происходят с очень большой частотой, значительно превышающей частоту механических колебаний. Поэтому для их наблюдения и исследования очень удобен электронный осциллограф. (Демонстрация прибора. Принцип его действия на анимации.)

Слайд 4. В настоящее время на смену электронным осциллографам пришли цифровые. О принципах их действия нам расскажет...

Слайд 5. Анимация “Осциллограф”

Слайд 6. Но вернёмся к электромагнитным колебаниям. Простейшей электрической системой, способной совершать свободные колебания, является последовательный RLC-контур. Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из последовательно соединённых конденсатора электроёмкостью С, катушки индуктивностью L и электрического сопротивления R. Будем его называть последовательным RLC-контуром.

Физический эксперимент. У нас имеется цепь, схема которой изображена на рисунке 1. Присоединим к катушке гальванометр. Понаблюдаем за поведением стрелки гальванометра после переведения переключателя из положения 1 в положение2. Вы заметили, что стрелка начинает колебаться, но эти колебания в скором времени затухают. Все реальные контуры содержат электрическое сопротивление R. За каждый период колебаний часть электромагнитной энергии, запасенной в контуре, превращается в джоулево тепло, и колебания становятся затухающими. Рассматривается график затухающих колебаний.

Как же происходят свободные колебания в колебательном контуре?

Рассмотрим случай, когда сопротивление R=0 (модель идеального колебательного контура). Какие же процессы происходят в колебательном контуре?

Слайд 7. Анимация “Колебательный контур”.

Слайд 8. Перейдем к количественной теории процессов в колебательном контуре.

Рассмотрим последовательный RLC-контур. Когда ключ K находится в положении 1, конденсатор заряжается до напряжения . После переключения ключа в положение 2 начинается процесс разрядки конденсатора через резистор R и катушку индуктивности L. При определенных условиях этот процесс может иметь колебательный характер.

Закон Ома для замкнутой RLC-цепи, не содержащей внешнего источника тока, записывается в виде

где – напряжение на конденсаторе, q – заряд конденсатора, – ток в цепи. В правой части этого соотношения стоит ЭДС самоиндукции катушки. Если в качестве переменной величины выбрать заряд конденсатора q(t), то уравнение, описывающее свободные колебания в RLC-контуре, может быть приведено к следующему виду:

Рассмотрим случай, когда в контуре нет потерь электромагнитной энергии (R = 0). Введем обозначение: . Тогда

(*)

Уравнение (*) – основное уравнение, описывающее свободные колебания в LC-контуре (идеальном колебательном контуре) в отсутствие затухания. По виду оно в точности совпадает с уравнением свободных колебаний груза на пружине или нити в отсутствие сил трения.

Это уравнение мы с вами записывали при изучении темы “Механические колебания”.

В отсутствие затухания свободные колебания в электрическом контуре являются гармоническими, то есть происходят по закону

q(t) = q m cos( 0 t + 0).

Почему? (Так как это единственная функция вторая производная от которой равна самой функции. Кроме того cos0 =1, а значит q(0)=q m)

Амплитуда колебаний заряда q m и начальная фаза 0 определяются начальными условиями, то есть тем способом, с помощью которого система была выведена из состояния равновесия. В частности, для процесса колебаний, который начнется в контуре, изображенном на рисунке 1, после переключения ключа K в положение 2, q m = C, 0 = 0.

Тогда уравнение гармонических колебаний заряда для нашего контура примет вид

q(t) = q m cos 0 t .

Сила тока также совершает гармонические колебания:

Слайд 9. Где – амплитуда колебаний силы тока. Колебания силы тока опережают по фазе на колебания заряда.

При свободных колебаниях происходит периодическое превращение электрической энергии W э, запасенной в конденсаторе, в магнитную энергию W м катушки и наоборот. Если в колебательном контуре нет потерь энергии, то полная электромагнитная энергия системы остается неизменной:

Слайд 9. Параметры L и C колебательного контура определяют только собственную частоту свободных колебаний

Учитывая, что , получим .

Слайд 9. Формулу называют формулой Томсона, английского физика Уильяма Томсона (лорда Кельвина), который вывел её в 1853 году.

Очевидно, что период электромагнитных колебаний зависит от индуктивности катушки L и ёмкости конденсатора С. У нас имеется катушка, индуктивность которой можно увеличить с помощью железного сердечника, и конденсатор переменной емкости. Давайте сначала вспомним, как можно изменять емкость такого конденсатора. Напоминаю, это материал курса 10 класса.

Конденсатор переменной емкости состоит из двух наборов металлических пластин. При вращении рукоятки пластины одного набора входят в промежутки между пластинами другого набора. При этом ёмкость конденсатора меняется пропорционально изменению площади перекрывающей части пластин. Если пластины соединены параллельно, то, увеличивая площадь пластин, мы будем увеличивать емкость каждого из конденсаторов, а значит, и ёмкость всей батареи конденсаторов будет увеличиваться. При последовательном соединении конденсаторов в батарею увеличение ёмкости каждого конденсатора влечёт за собой уменьшение ёмкости батареи конденсаторов.

Посмотрим, как зависит период электромагнитных колебаний от емкости конденсатора C и индуктивности катушки L.

Слайд 9. Анимация “Зависимость периода электромагнитных колебаний от L и C”

Слайд 10. Сравним теперь электрические колебания и колебания груза на пружине. Откройте страницу 85 учебника, рисунок 4.5.

На рисунке приведены графики изменения заряда q (t) конденсатора и смещения x (t) груза от положения равновесия, а также графики тока I (t) и скорости груза v (t) за один период T колебаний.

У вас на столах имеется таблица, которую мы заполняли при изучении темы “Механические колебания”. Приложение 2.

Одна строка этой таблицы у Вас заполнена. Воспользовавшись рисунком 2, параграф 29 учебника и рисунком 4.5 на странице 85 учебника заполните оставшиеся строки таблицы.

Чем же схожи процессы свободных электрических и механических колебаний? Давайте посмотрим следующую анимацию.

Слайд 11. Анимация “Аналогия между электрическими и механическими колебаниями”

Полученные сравнения свободных колебаний груза на пружине и процессов в электрическом колебательном контуре позволяют сделать заключение об аналогии между электрическими и механическими величинами.

Слайд 12. Эти аналогии представлены в таблице. Приложение 3.

Такая же таблица имеется у вас на столах и в учебнике на странице 86.

Итак, теоретическую часть мы рассмотрели. Всё ли вам было понятно? Может быть, у кого-то возникли вопросы?

Теперь перейдём к решению задач.

IV. Физкультминутка.

V. Закрепление изученного материала.

Решение задач:

задачи 1, 2, задач части А №1, 6, 8 (устно);
задачи №957 (ответ 5,1 мкГн), №958 (ответ уменьшится в 1, 25 раза) (у доски);
задача части В (устно);
задача №1 части С (у доски).

Задачи взяты из сборника задач для 10-11 классов А.П. Рымкевича и приложения 10. Приложение 4.

VI. Рефлексия.

Обучающиеся заполняют рефлексивную карту.

VII. Подведение итогов урока.

Достигнуты ли цели урока? Подведение итогов урока. Оценивание обучающихся.

VIII. Задание на дом.

Параграфы 27 – 30, № 959, 960, оставшиеся задачи из приложения 10.

Литература:

Мультимедийный курс физики “Открытая физика” версия 2.6 под редакцией профессора МФТИ С.М. Козела.
Задачник 10-11 класс. А.П. Рымкевич, Москва “Просвещение”, 2012 год.
Физика. Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. Г.Я.Мякишев, Б.Б. Буховцев, В.М. Чаругин. Москва “Просвещение”, 2011 год.
Электронное приложение к учебнику Г.Я.Мякишева, Б.Б. Буховцева, В.М. Чаругина. Москва “Просвещение”, 2011 год.
Электромагнитая индукция. Качественные (логические) задачи. 11 класс, физматпрофиль. С.М. Новиков. Москва “Чистые пруды”, 2007год. Библиотечка “Первого сентября”. Серия “Физика”. Выпуск 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S. Если нет возможности предоставить каждому ученику компьютер, то тест можно провести письменно.

Тест по физике Колебательный контур, Получение электромагнитных колебаний для учащихся 9 класса с ответами. Тест включает в себя 10 заданий с выбором ответа.

1. В колебательном контуре после разрядки конденсатора ток исчезает не сразу, а постепенно уменьшается, перезаряжая конденсатор. Это связано с явлением

1) инерции
2) электростатической индукции
3) самоиндукции
4) термоэлектронной эмиссии

2. Как изменится период собственных колебаний контура, если его индуктивность увеличить в 10 раз, а емкость уменьшить в 2,5 раза?

1) Увеличится в 2 раза
2) Уменьшится в 2 раза
3) Увеличится в 4 раза
4) Уменьшится в 4 раза

3. Как изменится период собственных колебаний контура, если его индуктивность увеличить в 20 раз, а емкость уменьшить в 5 раз?

1) Увеличится в 2 раза
2) Уменьшится в 2 раза
3) Увеличится в 4 раза
4) Уменьшится в 4 раза

4. Колебательный контур состоит из конденсатора электроемкостью С и катушки индуктивностью L . Как изменится период электромагнитных колебаний в этом контуре, если и электроемкость конденсатора, и индуктивность катушки увеличить в 4 раза?

1) Не изменится
2) Увеличится в 4 раза
3) Уменьшится в 4 раза
4) Уменьшится в 16 раз

5. К

1) Уменьшится в 2 раза
2) Увеличится в 2 раза
3) Уменьшится в 4 раза
4) Увеличится в 4 раза

6. Как изменится период собственных электромагнитных колебаний в контуре, если ключ К перевести из положения 1 в положение 2?

1) Уменьшится в 4 раза
2) Увеличится в 4 раза
3) Уменьшится в 2 раза
4) Увеличится в 2 раза

7. Как изменится период собственных электромагнитных колебаний в контуре, если ключ К перевести из положения 1 в положение 2?

1) Уменьшится в 9 раз
2) Увеличится в 9 раз
3) Уменьшится в 3 раза
4) Увеличится в 3 раза

8. Как изменится период собственных электромагнитных колебаний в контуре, если ключ К перевести из положения 1 в положение 2?

1) Уменьшится в 4 раза
2) Не изменится
3) Уменьшится в 2 раза
4) Увеличится в 2 раза

9. На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в колебательном контуре при свободных колебаниях. Если емкость конденсатора увеличить в 4 раза, то период собственных колебаний контура станет равным

1) 2 мкс
2) 4 мкс
3) 8 мкс
4) 16 мкс

10. На рисунке приведен график зависимости силы тока от времени в колебательном контуре при свободных колебаниях. Если катушку в этом контуре заменить на другую катушку, индуктивность которой в 4 раза меньше, то период колебаний контура будет равен

1) 1 мкс
2) 2 мкс
3) 4 мкс
4) 8 мкс

Ответы на тест по физике Колебательный контур, Получение электромагнитных колебаний
1-3
2-1
3-1
4-2
5-1
6-4
7-3
8-2
9-3
10-2

Радиовещание (т. е. передача звуковой информации на большие расстояния) осуществляется посредством электромагнитных волн, излучаемых антенной радиопередающего устройства. Напомним, что источником электромагнитных волн являются ускоренно движущиеся заряженные частицы. Значит, для того чтобы антенна излучала электромагнитные волны, в ней нужно возбуждать колебания свободных электронов. Такие колебания называются электромагнитными (поскольку они порождают электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве в виде электромагнитных волн).

Для создания мощной электромагнитной волны, которую можно было бы зарегистрировать приборами на больших расстояниях от излучающей её антенны, необходимо, чтобы частота волны была не меньше 0,1 МГц (10 5 Гц) 1 . Колебания таких больших частот невозможно получить от генератора переменного электрического тока. Поэтому они подаются на антенну от генератора высокочастотных электромагнитных колебаний, имеющегося в каждом радиопередающем устройстве.

Одной из основных частей генератора является колебательный контур - колебательная система, в которой могут существовать свободные электромагнитные колебания. Колебательный контур состоит из конденсатора (или батареи конденсаторов) и проволочной катушки.

Получить свободные электромагнитные колебания и удостовериться в их существовании можно с помощью установки, изображённой на рисунке 137.

Рис. 137. Установка для получения свободных электромагнитных колебаний

Катушка 4 с сердечником 5 (рис. 137, а) состоит из двух обмоток: первичной 4 1 , (из 3600 витков) и вторичной 4 2 (расположенной поверх первичной в средней её части и имеющей 40 витков).

Первичная обмотка катушки и батарея конденсаторов 2, соединённые друг с другом через переключатель 3, составляют колебательный контур. Вторичная обмотка замкнута на гальванометр 6, который будет регистрировать возникновение колебаний в контуре.

Поставим переключатель в положение 3 1 (рис. 137, б), соединив батарею конденсаторов с источником постоянного тока 1. Батарея зарядится от источника. Перекинем переключатель в положение 3 2 , соединив батарею с катушкой. При этом стрелка гальванометра совершит несколько затухающих колебаний, отклоняясь от нулевого деления то в одну, то в другую сторону, и остановится на нуле.

Чтобы объяснить наблюдаемое явление, обратимся к рисунку 138. Пусть при зарядке от источника тока (переключатель в положении З 1) конденсатор получил некоторый максимальный заряд q m . Допустим, при этом верхняя его обкладка зарядилась положительно, а нижняя - отрицательно (рис. 138, а). Между обкладками возникло напряжение Um и электрическое поле, обладающее энергией Е эл m .

Рис. 138. Объяснение возникновения и существования электромагнитных колебаний в колебательном контуре

При замыкании на катушку (переключатель в положении 3 2) в момент, который примем за начало отсчёта времени, конденсатор начинает разряжаться, и в контуре появляется электрический ток. Сила тока увеличивается постепенно, так как возникший в катушке ток самоиндукции направлен против тока, созданного разряжающимся конденсатором.

Через некоторый промежуток времени t 1 от начала разрядки конденсатор полностью разрядится - его заряд, напряжение между обкладками и энергия электрического поля будут равны нулю (рис. 138, б). Но, согласно закону сохранения энергии, энергия электрического поля не исчезла - она перешла в энергию магнитного поля тока катушки, которая в этот момент достигает максимального значения Е маг m . Наибольшему значению энергии соответствует и наибольшая сила тока I m .

Поскольку конденсатор разряжен, сила тока в контуре начинает уменьшаться. Но теперь ток самоиндукции направлен в ту же сторону, что и ток разряжавшегося конденсатора, и препятствует его уменьшению. Благодаря току самоиндукции к моменту времени 2t 1 от начала разрядки конденсатор перезарядится: его заряд вновь будет равен q m , но теперь верхняя обкладка будет заряжена отрицательно, а нижняя - положительно (рис. 138, в).

Понятно, что через промежуток времени, равный 3t 1 , конденсатор вновь будет разряжен (рис. 138, г), а через 4t l будет заряжен так же, как в момент начала разрядки (рис. 138, д).

За промежуток времени, равный 4t 1 , произошло одно полное колебание. Значит, Т = 4t 1 , где Т - период колебаний (a t 1 , 2 t1, 3t 1 - соответственно четверть, половина и три четверти периода).

При периодическом изменении в катушке 4 1 силы тока и его направления соответственно меняется и создаваемый этим током магнитный поток, пронизывающий катушку 4 2 . При этом в ней возникает переменный индукционный ток, регистрируемый гальванометром. Исходя из того что стрелка гальванометра совершила несколько затухающих колебаний и остановилась на нуле, можно сделать вывод, что электромагнитные колебания тоже были затухающими. Энергия, полученная контуром от источника тока, постепенно расходовалась на нагревание проводящих частей контура. Когда запас энергии иссяк, колебания прекратились.

Напомним, что колебания, происходящие только благодаря начальному запасу энергии, называются свободными. Период свободных колебаний равен собственному периоду колебательной системы, в данном случае периоду колебательного контура. Формула для определения периода свободных электромагнитных колебаний была получена английским физиком Уильямом Томсоном в 1853 г. Она называется формулой Томсона и выглядит так:

Из данной формулы следует, что период колебательного контура определяется параметрами составляющих его элементов: индуктивностью катушки и ёмкостью конденсатора. Например, при уменьшении ёмкости или индуктивности период колебаний должен уменьшиться, а их частота - увеличиться. Проверим это на опыте. Уменьшим ёмкость батареи, отключив от неё несколько конденсаторов. Мы увидим, что колебания стрелки гальванометра участились.

В начале параграфа отмечалось, что подаваемые в антенну высокочастотные колебания необходимы для создания электромагнитных волн. Но для того чтобы волна излучалась в течение длительного времени, нужны незатухающие колебания. Для создания в контуре незатухающих колебаний необходимо восполнять потери энергии, периодически подключая конденсатор к источнику тока. В генераторе это осуществляется автоматически.

Вопросы

Для чего электромагнитные волны подаются в антенну?
Почему в радиовещании используются электромагнитные волны высокой частоты?
Что представляет собой колебательный контур?
Расскажите о цели, ходе и наблюдаемом результате опыта, изображённого на рисунке 137. Каким образом гальванометр мог регистрировать происходящие в этом контуре колебания?
Какие преобразования энергии происходят в результате электромагнитных колебаний?
Почему ток в катушке не прекращается в тот момент, когда конденсатор разряжен?
От чего зависит собственный период колебательного контура? Как его можно изменить?

Упражнение 42

Колебательный контур состоит из конденсатора переменной ёмкости и катушки. Как получить в этом контуре электромагнитные колебания, периоды которых отличались бы в 2 раза?

1 Дальность распространения волны зависит от её мощности Р, а мощность - от частоты v: P - v 4 . Из этой зависимости следует, что уменьшение частоты волны, например, всего лишь в 2 раза приведёт к уменьшению её мощности в 16 раз и соответствующему уменьшению дальности распространения.

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Колебательный контур. Электромагнитные колебания. Принцип радиосвязи и телевидения Урок №51

Э лектромагнитные колебания - это периодические изменения со временем электрических и магнитных величин (заряда, силы тока, напряжения, напряженности, магнитной индукции и др.) в электрической цепи. Как известно, для создания мощной электромагнитной волны, которую можно было бы зарегистрировать приборами на больших расстояниях от излучающей антенны, необходимо, чтобы частота волны не меньше 0,1 МГц.

Одной из основных частей генератора является колебательный контур - это колебательная система, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L , конденсатора емкостью C и резистора сопротивлением R .

После того как изобрели лейденскую банку (первый конденсатор) и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать электрический разряд банки. Замыкая обкладки лейденской банки с помощью катушки, обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. Странным же было то, что нельзя было предсказать, какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой южным. Далеко не сразу поняли, что при разрядке конденсатора через катушку в электрической цепи возникают колебания.

Период свободных колебаний равен собственному периоду колебательной системы, в данном случае периоду контура. Формула для определения периода свободных электромагнитных колебаний была получена английским физиком Уильямом Томсоном в 1853 г.

Схема передатчика Попова довольно проста - это колебательный контур, который состоит из индуктивности (вторичной обмотки катушки), питаемой батареи и емкости (искрового промежутка). Если нажать на ключ, то в искровом промежутке катушки проскакивает искра, вызывающая электромагнитные колебания в антенне. Антенна является открытым вибратором и излучает электромагнитные волны, которые, достигнув антенны приемной станции, возбуждают в ней электрические колебания.

Для регистрации принятых волн, Александр Степанович Попов применил специальный прибор - когерер (от латинского слова « когеренцио » - сцепление), состоящий из стеклянной трубки, в которой находятся металлические опилки. 24 марта 1896 года были переданы первые слова с помощью азбуки Морзе - «Генрих Герц» .

Хотя современные радиоприемники очень мало напоминают приемник Попова, основные принципы их действия те же.

Основные выводы: – Колебательный контур - это колебательная система, состоящая из включенных последовательно катушки, конденсатора и активного сопротивления. – Свободные электромагнитные колебания - это колебания, происходящие в идеальном колебательном контуре за счет расходования сообщенной этому контуру энергии, которая в дальнейшем не пополняется. – Период свободных электромагнитных колебаний можно рассчитать с помощью формулы Томсона. – Из этой формулы следует, что период колебательного контура определяется параметрами составляющих его элементов: индуктивности катушки и емкости конденсатора. – Радиосвязь - это процесс передачи и приема информации с помощью электромагнитных волн. – Амплитудная модуляция - это процесс изменения амплитуды высокочастотных колебаний с частотой, равной частоте звукового сигнала. – Процесс, обратный модуляции называется детектированием.

Известно, что колебательные движения – это такие движения, которые отличаются той или иной степенью повторяемости.

Рассматривая механические колебания, было установлено, что переменными величинами в них могут быть: смещение, амплитуда, фаза и другие величины.

В электромагнитных колебаниях периодически изменяющимися величинами являются: заряды, токи, напряжения, электрические и магнитные поля, связанные с токами.

Электромагнитные колебания получают в устройствах, которые называются колебательными контурами (открытых и закрытых).

Закрытый колебательный контур представляет собой электрическую цепь, состоящую из конденсатора емкостью C, катушки (соленоида) с индуктивностью L, сопротивления R, соединенных последовательно (рис. 6.1).

Рассмотрим закрытый колебательный контур, состоящий только из конденсатора емкостью C и катушки с индуктивностью L (рис. 6.2).

Для получения электромагнитных колебаний в такой цепи необходимо предварительно зарядить конденсатор.

В начальный момент времени t = 0: ток в цепи отсутствует I = 0, в конденсаторе существует электрическое поле с максимальным значением напряженности E = E m и энергией

. (6.8)

После замыкания ключа «К», конденсатор начнет разряжаться, в контуре появится возрастающий электрический ток I, а в катушке индуктивности – магнитное поле с возрастающим значением напряженности H (индукции B). Таким образом, по мере разрядки конденсатора его электрическое поле ослабевает, а магнитное поле катушки увеличивается.

В момент времени
конденсатор полностью разрядится. Электрическое поле в нем будет отсутствовать (E = 0). Величина тока достигнет максимального значения I = I m . Напряженность магнитного поля катушки достигнет максимального значения H = H m . Максимальной будет и энергия магнитного поля:

. (6.9)

Затем магнитное поле будет ослабевать. На основании закона электромагнитной индукции в цепи будет возникать индукционный ток, направление которого такое же, какое имел ток разрядки конденсатора (согласно закону Ленца). Конденсатор будет перезаряжаться.

В момент времени
конденсатор полностью перезарядится. Напряженность электрического поля в нем достигнет максимального значения E = E m , хотя направление вектора E будет противоположным первоначальному направлению. Ток в контуре прекратится (I = 0). Напряженность магнитного поля соленоида станет равной нулю (H =0). Энергия контура вновь будет равна энергии электрического поля конденсатора.

Затем вновь начнет разряжаться конденсатор, в цепи появится электрический ток, направление которого противоположно току первоначальной разрядки. В катушке появится магнитное поле противоположного направления.

В момент времени
конденсатор полностью разрядится. Ток прекратится. Напряженность электрического поля станет равной нулю. Магнитное поле катушки вновь достигнет максимального значения, при этомH = - H m , т.е. энергия контура будет равна энергии магнитного поля катушки.

В последующий момент времени магнитное поле начнет ослабевать, возникнет индукционный ток, препятствующий ослаблению магнитного поля, конденсатор начнет перезаряжаться.

В момент времени
система возвратится в первоначальное состояние и начнется повторение рассмотренных процессов.

Таким образом, в закрытом колебательном контуре будут существовать изменяющиеся процессы с переменными характеристиками, возникнут электромагнитные колебания, которые сопровождаются периодическими взаимными превращениями энергий электрического и магнитного полей. Эти превращения энергий подобны превращению энергий при гармонических колебаниях, например, математического маятника.

Если бы в контуре не было потерь энергии (нагревание проводников, излучения), то электромагнитные колебания в нем совершались бы по гармоническому закону, были бы незатухающими.

Электромагнитные колебания, которые происходят в самом колебательном контуре, называются собственными колебаниями.

Уравнение собственных электромагнитных колебаний можно получить из следующих соображений. Считая, что мгновенное значение силы тока во всем контуре одно и то же, на основании второго закона Кирхгофа можно записать

. (6.10)