Проявляются при наличии внешней периодически изме-няющейся силы. Такие колебания проявляются, например, при наличии в цепи периодической электродвижущей силы . Переменная ЭДС индукции возникает в проволочной рамке из нескольких витков, вращающейся в поле постоянного магнита.

При этом магнитный поток , пронизывающий рамку, периодически меняется. В соответствии с законом электромаг-нитной индукции периодически меняется и возникающая ЭДС индукции. Если рамку замкнуть на гальванометр, его стрелка начнет колебаться око-ло положения равновесия, показывая, что в цепи идет переменный ток. Отличительной особенностью вынужденных колебаний является зависимость их амплитуды от частоты изменения внешней силы.

Переменный ток.

Переменный ток — это электрический ток , изменяющийся во времени.

К переменному току относят различные виды импульсных, пульсирующих, периодических и квазипериодических токов. В технике под переменным током обычно подразумеваются периодические или почти периодические токи переменного направления.

Принцип действия генератора переменного тока.

Наиболее часто используют периодический ток, сила которого меня-ется во времени по гармоническому закону (гармонический, или синусои-дальный переменный ток). Это ток, применяемый на заводах и фабриках и в осветительной сети квартир. Он представляет собой вынужденные элек-тромагнитные колебания. Частота промышленного переменного тока составляет 50 Гц . Переменное напряжение в гнездах розеток осветительной сети создается генераторами на электростанциях. Простейшей моделью такого генератора является проволочная рамка, вращающаяся в однород-ном магнитном поле.

Поток магнитной индукции Ф , пронизы-вающий проволочную рамку площадью S , пропорционален косинусу угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции:

Ф = BS cos α.

При равномерном вращении рамки угол α увеличивается пропорционально времени t: α = 2πnt , где n — частота вращения. Поэтому поток магнитной индукции меняется гармонически с цикли-ческой частотой колебаний ω = 2πn :

Ф = BS cos ωt.

Согласно закону электромагнитной индукции , ЭДС индукции в рамке равна:

е = -Ф" = -BS (cos ωt)" = ɛ m sin ωt ,

где ɛ m = BSω — амплитуда ЭДС индукции.

Таким образом, напряжение в сети переменного тока изменяется по синусоидальному (или косинусоидальному) закону:

u = U m sin ωt (или u = U m cos ωt ),

где u — мгновенное значение напряжения, U m — амплитуда напряжения.

Сила тока в цепи будет изменяться с той же частотой, что и напряжение, но между ними возможен сдвиг фаз φ с . Поэтому в общем случае мгновенное значение силы тока i определяется по формуле:

i = I m sin(φt + φ с ) ,

где I m — амплитуда силы тока.

Сила тока в цепи переменного тока с резистором. Если электрическая цепь состоит из активного сопротивления R и проводов с пренебрежимо малой индуктивностью

Это позволяет не учитывать волнового характера процессов и описывать их как электрич. зарядов Q (в ёмкостных элементах цепи) и токов I (в индуктивных и диссипативных элементах) в соответствии с ур-нием непрерывности: I=±dQ/dt. В случае одиночного колебательного контура Э. к. описываются ур-нием:

где L - самоиндукция, С - ёмкость, R - сопротивление, ? - внешняя ЭДС.

Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . . 1983 .

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ

- электромагнитные колебания в квазистационарных цепях, размеры к-рых малы по сравнению с длиной эл.-магн. волны. Это позволяет не учитывать волнового характера процессов и описывать их как колебания электрич. зарядов (в ёмкостных элементах цепи) и токов I (в индуктивных и диссипативных элементах) в соответствии с ур-нием непрерывности: В случае одиночного колебательного контура Э. к. описываются ур-нием где L-индуктивность, С-ёмкость, R -сопротивление, - переменная внешняя эдс. M. А. Миллер.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .

• ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ

Смотреть что такое "ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ" в других словарях:

электрические колебания - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN electric oscillations … Справочник технического переводчика

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ - многократно повторяющиеся изменения силы тока, напряжения и заряда, происходящие в электрических (см.) и сопровождающиеся соответствующими изменениями магнитных и электрических полей, создаваемых этими изменениями токов и зарядов, в окружающем… … Большая политехническая энциклопедия

электрические колебания - elektriniai virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. electric oscillations vok. elektrische Schwingungen, f rus. электрические колебания, n pranc. oscillations électriques, f … Fizikos terminų žodynas

Уже давно было замечено, что если обмотать стальную иглу проволокой и разрядить через эту проволоку лейденскую банку, то северный полюс не всегда получается на том конце иглы, где его можно было ожидать по направлению разрядного тока и по правилу … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Многократно повторяющиеся изменения напряжения и силы тока в электрич. цепи, а также напряжённостей электрич. и магн. полей в пространстве вблизи проводников, образующих электрич. цепь. Различают собственные колебания, вынужденные колебания и… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Электромагнитные колебания в системе проводников в случае, когда можно не учитывать электромагнитные поля в окружающем пространстве, а рассматривать только движения электрических зарядов в проводниках. Обычно это возможно в так называемых …

КОЛЕБАНИЯ - КОЛЕБАНИЯ, процессы (в наиболее общем смысле), периодически меняющие свое направление со временем. Процессы эти могут быть весьма разнообразными. Если напр. подвесить на стальной спиральной пружине тяжелый шар, оттянуть его и затем предоставить… … Большая медицинская энциклопедия

Движения (изменения состояния), обладающие той или иной степенью повторяемости. При К. маятника повторяются отклонения его в ту и другую сторону от вертикального положения. При К. пружинного маятника груза, висящего на пружине,… … Большая советская энциклопедия

См. Электрические колебания … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Книги

• Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Учебник , Л. А. Бессонов. Рассмотрены традиционные и новые вопросы теории линейных и нелинейных электрических цепей. К традиционным относятся методы расчета токов и напряжений при постоянных, синусоидальных,…

В замкнутом контуре, содержащем заряженный конденсатор и катушку индуктивности, возникают электрические колебания. Они происходят следующим образом. Конденсатор начинает разряжаться, через катушку проходит ток, в ней создается магнитное поле и возникает электродвижущая сила самоиндукции. Электродвижущая сила самоиндукции поддерживает ток после того, как конденсатор полностью разрядится; это приводит к тому, что конденсатор вновь заряжается, но уже с полярностью пластин обратной исходной. Затем процесс повторяется, но ток в контуре имеет обратное направление. Таким образом, при электрических колебаниях в конденсаторе контура имеется переменное электрическое поле, а в катушке - переменное магнитное поле, которые взаимно переходят одно в другое посредством образующегося в контуре переменного тока.

Если частота переменного электрического и магнитного полей достаточно высока (в области сверхвысоких частот), то взаимный переход их может происходить непосредственно путем взаимной индукции в свободном пространстве.

Совокупность взаимно связанных и переходящих одно в другое высокочастотных электрического и магнитного полей называется электромагнитным полем. Электромагнитное поле, образующееся в колебательном контуре и называемое полем индукции, отличается тем, что его электрическая и магнитная составляющие связаны с элементами контура (емкостью и индуктивностью) и потому могут быть использованы в какой-то мере независимо одна от другой.

Электромагнитное поле, образовавшееся в свободном пространстве и называемое полем излучения, распространяется со скоростью света от источника по всем направлениям, образуя электромагнитную волну.

В электромагнитной волне электрическая и магнитная составляющие могут быть разделены только условно. Источником электромагнитных волн является колебательный контур генератора, снабженный излучателем волн - антенной.

Электрические колебания используют для лечебных целей: а) при общей дарсонвализации (см.), когда воздействие осуществляется высокочастотным импульсным электромагнитным полем, образуемым при определенных условиях в соленоиде колебательного контура аппарата, внутри которого помещается больной; б) при индуктотермии (см.), когда воздействие производится преимущественно магнитным полем, образуемым с помощью спирали, обтекаемой высокочастотным током и наложенной на область тела больного, подлежащую воздействию; в) при терапии нолем УВЧ, при которой воздействие осуществляется электрическим полем, образующимся между пластинами конденсатора, подключенного к колебательному контуру аппарата; между ними помещается область тела больного, подлежащая воздействию.

Первичное действие на ткани организма высокочастотного магнитного поля связано главным образом с образованием в тканях-проводниках вихревых токов, что при достаточной их мощности дает тепловой эффект.

Высокочастотное электрическое поле в тканях-проводниках вызывает колебательное движение ионов (ток проводимости), в тканях-диэлектриках происходят поляризационные явления (основное значение имеет ориентационная поляризация, в результате которой в связи с переменным характером поля молекулы совершают вращательные колебания - осцилляции, сопровождающиеся как тепловым эффектом, так и более глубокими структурно-химическими изменениями в тканях).

Первичное действие электромагнитного поля на ткани организма соответствует совместному действию его электрической и магнитной составляющих.

Электромагнитные волны характеризуются частотой колебаний или длиной волны. Длина волны - это расстояние, на которое она распространяется за один период колебаний ее электрической или магнитной составляющей. Различные по длине волны по-разному действуют на ткани организма. Среди радиоволн различают длинные, средние, короткие и ультракороткие (см. таблицу).

Для лечебных целей (микроволновая терапия) используют волны дециметрового и сантиметрового диапазонов. Облучение участка поверхности тела больного осуществляется направленным потоком волн от излучателя при помощи специальных рефлекторов или волноводов.

Первичное действие микроволн на ткани организма - это действие электромагнитного поля сверхвысокой частоты; в основном оно заключается в колебаниях ионов и других заряженных частиц, имеющихся в тканях-проводниках, а также в осцилляциях дипольных молекул в тканях-диэлектриках.

Особенностью действия микроволн является поглощение их в поверхностно расположенных слоях тканей; особое значение приобретают при этих частотах диэлектрические свойства воды (см. Электролечение).

Механические колебания.

3. Трансформаторы.

Волны.

4. Дифракция волн.

9. Эффект Доплера в акустике.

1.Магнитными явлениями

Индукция магнитного поля прямолинейного проводника с током.

Закон Фарадея

Закон Фарадея электромагнитной индукции записывают в виде следующей формулы:

– это электродвижущая сила, которая действует вдоль любого контура;

Ф в – это магнитный поток, проходящий через поверхность, натянутую на контур.

Для катушки, которая помещена в переменное магнитное поле, закон Фарадея выглядит несколько иначе:

Это электродвижущая сила;

N – это число витков катушки;

Ф в – это магнитный поток, проходящий через один виток.

Правило Ленца

Индукционный ток имеет такое направление, что приращение созданного им магнитного потока через площадь, ограниченную контуро, и приращение потока магнитной индукции внешнего поля противоположны по знаку.

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Самоиндукция

Самоиндукция - явление возникновения ЭДС индукции в эл.цепи в результате изменения силы тока.

Возникающая при этом ЭДС называется ЭДС самоиндукции

Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре. Данное явление называется самоиндукцией, а соответствующее значение - ЭДС самоиндукции.

ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней

Индуктивность

Индуктивностью (от латинского inductio - наведение, побуждение), называется величина, характеризующая связь между изменением тока в электрической цепи и возникающей при этом ЭДС (электродвижущей силы) самоиндукции. Индуктивность обозначается большой латинской буквой «L», в честь немецкого физика Ленца. Термин индуктивности предложил в 1886 году Оливер Хевисайд.,

Величина магнитного потока, проходящего через контур, связана с силой тока следующим образом: Φ = LI. Коэффициент пропорциональности L называется коэффициентом самоиндукции контура или просто индуктивностью. Значение индуктивности зависит от размеров и формы контура, а также от магнитной проницаемости среды. Единицей измерения индуктивности является Генри (Гн). Дополнительные величины: мГн, мкГн.

Зная индуктивность, изменение силы тока и время этого изменения, можно найти ЭДС самоиндукции, которая возникает в контуре:

Через индуктивность выражают также энергию магнитного поля тока:

Соответственно чем больше индукция, тем больше магнитная энергия, накапливаемая в пространстве вокруг контура с током. Индуктивность является своеобразным аналогом кинетической энергии в электричестве.

7. Индуктивность соленоида.

L - Индуктивность (соленоида), размерность в CИ Гн

L - Длина (соленоида), размерность в СИ - м

N - Число (витков соленоида

V- Объём (соленоида), размерность в СИ - м3

Относительная магнитная проницаемость

Магнитная постоянная Гн/м

Энергия магнитного поля соленоида

Энергия Wм магнитного поля катушки с индуктивностью L, создаваемого током I, равна

Применим полученное выражение для энергии катушки к длинному соленоиду с магнитным сердечником. Используя приведенные выше формулы для коэффициента самоиндукции Lμ соленоида и для магнитного поля B, создаваемого током I, можно получить:

Диамагнетики

Диамагне́тики - вещества, намагничивающиеся против направления внешнего магнитного поля. В отсутствие внешнего магнитного поля диамагнетики немагнитны. Под действием внешнего магнитного поля каждый атом диамагнетика приобретает магнитный момент I (а каждый моль вещества - суммарный магнитный момент), пропорциональный магнитной индукции H и направленный навстречу полю.

К диамагнетикам относятся инертные газы, азот, водород, кремний, фосфор, висмут, цинк, медь, золото, серебро, а также многие другие, как органические, так и неорганические, соединения. Человек в магнитном поле ведет себя как диамагнетик.

Парамагнетики

Парамагнетики - вещества, которые намагничиваются во внешнем магнитном поле в направлении внешнего магнитного поля. Парамагнетики относятся к слабомагнитным веществам, магнитная проницаемость незначительно отличается от единицы

К парамагнетикам относятся алюминий (Al), платина (Pt), многие другие металлы (щелочные и щелочно-земельные металлы, а также сплавы этих металлов), кислород (О2), оксид азота (NO), оксид марганца (MnO), хлорное железо (FeCl2) и др.

Ферромагнетики

Ферромагнетики - вещества (как правило, в твёрдом кристаллическом или аморфном состоянии), в которых ниже определённой критической температуры (точки Кюри) устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов или ионов (в неметаллических кристаллах) или моментов коллективизированных электронов (в металлических кристаллах). Иными словами, ферромагнетик - такое вещество, которое, при температуре ниже точки Кюри, способно обладать намагниченностью в отсутствие внешнего магнитного поля.

Среди химических элементов ферромагнитными свойствами обладают переходные элементы Fe, Со и Ni (3 d-металлы) и редкоземельные металлы Gd, Tb, Dy, Ho, Er.

Вопросы к зачету по разделу «Колебания и волны».

Механические колебания.

1. Колебательное движение

Колебательное движение это движение, точно или приблизительно повторяющееся через одинаковые промежутки времени. Учение о колебательном движении в физике выделяют особо. Это обусловлено общностью закономерностей колебательного движения различной природы и методов его исследования.

Механические, акустические, электромагнитные колебания и волны рассматриваются с единой точки зрения.

Колебательное движение свойственно всем явлениям природы. Внутри любого живого организма непрерывно происходят ритмично повторяющиеся процессы, например биение сердца.

Формула Гюйгенса

4 . Физический маятник

Физическим маятником называется твердое тело, закрепленное на неподвижной горизонтальной ocи (оси подвеса), не проходящей через центр тяжести, и совершающее колебания относительно этой оси под действием силы тяжести. В отличие от математического маятника массу такого тела нельзя считать точечной.

Знак минус в правой части означает то, что сила F направлена в сторону уменьшения угла α. С учетом малости угла α

Для вывода закона движения математического и физического маятников используем основное уравнение динамики вращательного движения

Момент силы: определить в явном виде нельзя. С учетом всех величин, входящих в исходное дифференциальное уравнение колебаний физического маятника имеет вид:

Решение этого уравнения

Определим длину l математического маятника, при которой период его колебаний равен периоду колебаний физического маятника, т.е. или

Из этого соотношения определяем

Резонанс

Резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний при приближении циклической частоты возмущающей силы к собственной частоте колебаний называется резонансом .

Увеличение амплитуды - это лишь следствие резонанса, а причина - совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы.

Автоколебания.

Существуют системы, в которых незатухающие колебания возникают не за счет периодического внешнего воздействия, а в результате имеющейся у таких систем способности самой регулировать поступление энергии от постоянного источника. Такие системы называются автоколебательными , а процесс незатухающих колебаний в таких системах – автоколебаниями .

На рис. 1.10.1 изображена схема автоколебательной системы. В автоколебательной системе можно выделить три характерных элемента – колебательная система , источник энергии и клапан – устройство, осуществляющее обратную связь между колебательной системой и источником энергии.

Обратная связь называется положительной , если источник энергии производит положительную работу, т.е. передает энергию колебательной системе. В этом случае в течение промежутка времени, пока на колебательную систему действует внешняя сила, направление силы и направление скорости колебательной системы совпадают, в результате в системе происходят незатухающие колебания. Если направления силы и скорости противоположны, то имеет место отрицательная обратная связь , которая только усиливает затухание колебаний.

Примером механической автоколебательной системы может служить часовой механизм (рис. 1.10.2). Ходовое колесо с косыми зубьями жестко скреплено с зубчатым барабаном, через который перекинута цепочка с гирей. На верхнем конце маятника закреплен анкер (якорек) с двумя пластинками из твердого материала, изогнутыми по дуге окружности с центром на оси маятника. В ручных часах гиря заменяется пружиной, а маятник – балансиром – маховичком, скрепленным со спиральной пружиной. Балансир совершает крутильные колебания вокруг своей оси. Колебательной системой в часах является маятник или балансир. Источником энергии – поднятая вверх гиря или заведенная пружина. Устройством, с помощью которого осуществляется обратная связь – клапаном, является анкер, позволяющий ходовому колесу повернуться на один зубец за один полупериод. Обратная связь осуществляется взаимодействием анкера с ходовым колесом. При каждом колебании маятника зубец ходового колеса толкает анкерную вилку в направлении движения маятника, передавая ему некоторую порцию энергии, которая компенсирует потери энергии на трение. Таким образом, потенциальная энергия гири (или закрученной пружины) постепенно, отдельными порциями передается маятнику.

Механические автоколебательные системы широко распространены в окружающей нас жизни и в технике. Автоколебания совершают паровые машины, двигатели внутреннего сгорания, электрические звонки, струны смычковых музыкальных инструментов, воздушные столбы в трубах духовых инструментов, голосовые связки при разговоре или пении и т. д.

Механические колебания.

1. Колебательное движение. Условия возникновения колебаний. Параметры колебательного движения. Гармонические колебания.

2. Колебания груза на пружине.

3. Математический маятник. Формула Гюйгенса.

4. Физический маятник. Период свободных колебаний физического маятника.

5. Превращение энергии в гармонических колебаниях.

6. Сложение гармонических колебаний, происходящих по одной прямой и по двум взаимно-перпендикулярным направлениям. Фигуры Лиссажу.

7. Затухающие механические колебания. Уравнение для затухающих колебаний и его решение.

8. Характеристики затухающих колебаний: коэффициент затухания, время релаксации, логарифмический декремент затухания, добротность.

9. Вынужденные механические колебания. Резонанс.

10. Автоколебания. Примеры автоколебательных систем.

Электрические колебания. Переменный ток.

1. Электрические колебания. Колебательный контур. Формула Томсона.

2. Переменный электрический ток. Рамка, вращающаяся в магнитном поле. Генератор переменного тока.

3. Трансформаторы.

4. Электрические машины постоянного тока.

5. Резистор в цепи переменного тока. Действующее значение ЭДС, напряжения и силы тока.

6. Конденсатор в цепи переменного тока.

7. Катушка индуктивности в цепи переменного тока.

8. Вынужденные колебания в цепи переменного тока. Резонанс напряжений и токов.

9. Закон Ома для цепи переменного тока.

10. Мощность, выделяющаяся в цепи переменного тока.

Волны.

1. Механические волны. Виды волн и их характеристики.

2. Уравнение бегущей волны. Плоские и сферические волны.

3. Интерференция волн. Условия минимума и максимума интерференции.

4. Дифракция волн.

5. Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления механических волн.

6. Стоячая волна. Уравнение стоячей волны. Возникновение стоячей волны. Собственные частоты колебаний.

7. Звуковые волны. Скорость звука.

8. Движение тел со скоростью большей скорости звука.

9. Эффект Доплера в акустике.

10. Электромагнитные волны. Предсказание и открытие электромагнитных волн. Физический смысл уравнений Максвелла. Опыты Герца. Свойства электромагнитных волн. Шкала электромагнитных волн.

11. Излучение электромагнитных волн. Перенос энергии электромагнитной волной. Вектор Умова-Пойнтинга.

Вопросы к зачёту в 11 классе. Вопросы к выпускному экзамену.

Вопросы к зачету по разделу «Магнетизм».

1.Магнитными явлениями называются любые явления природы связанные с наличием магнитных полей (как статических, так и волн) и неважно где, в космосе или в кристаллах твердого тела или в технике. Магнитные явления не проявляются при отсутствии магнитных полей.

Некоторые примеры магнитных явлений:

Притяжение магнитов друг к другу, получение электрического тока в генераторах, работа трансформатора, северное сияние, радиоизлучение атомарного водорода на длине волны 21 см, спиновые волны, спиновые стекла и др.