Электромагнитные колебания. Раздел 8 презентация

Свободные и вынужденные электромагнитные колебания
урок 1

Свободными колебаниями называют такие, которые совершаются без внешнего воздействия за счет первоначально накопленной энергии.
Вынужденными называются колебания в цепи под действием внешней периодической электродвижущей силы

Электромагнитные колебания - это колебания электрического и магнитного поля, которые сопровождаются периодическим изменением заряда, силы тока и напряжения.
Колебательный контур - это цепь, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора.

Решение уравнения, описывающего свободные электромагнитные колебания, выражается либо через косинус, либо через синус:
q = qmcos(ω0t)
или
q = qmsin(ω0t)

Условия возникновения электромагнитных колебаний
1. Наличие колебательного контура.
2. Электрическое сопротивление должно быть очень маленьким.
3. Зарядить конденсатор (вывести систему из равновесия).

Период электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томсона
где L – индуктивность катушки, С – емкость конденсатора, T – период э/м колебаний.

Генератор незатухающих электромагнитных колебаний
урок 2

КОЛЕБАНИЯ
СВОБОДНЫЕ
АВТОКОЛЕБАНИЯ
ВЫНУЖДЕННЫЕ
незатухающие колебания, происходящие в системе за счет
восполнения потерь энергии от источника внутри
самой системы

L
C
_
+
+
_
_
+
Колебания в контуре происходят с очень большой частотой.
Конденсатор будет восполнять потери энергии только в те моменты, когда его полярность совпадает с полярностью источника
А в те моменты, когда полярность противоположна
он будет разряжаться через источник.

В качестве устройства, способного осуществить такую функцию можно использовать транзистор , через который конденсатор колебательного контура будет соединен с источником тока.
быстродействующий прибор
пока на базу не подан сигнал – ток через транзистор не идет, конденсатор отключен от источника
при подаче сигнала – ток через транзистор идет и конденсатор заряжается от источника
?

Lсв.
L
Э
Б
К
Обязательные элементы автоколебательной системы:
элемент, в котором происходят свободные колебания (колебательный контур);
источник энергии для восполнения потерь энергии (аккумулятор);
клапан, регулирующий поступление энергии в контур (транзистор);
устройство для осуществления обратной связи (катушка).

+
-
+
I
К
-
+
-
После зарядки конденсатора его верхняя обкладка заряжена положительно, нижняя - отрицательно
Конденсатор начинает разряжаться через катушку. Ток в первой четверти периода постепенно нарастает, затем убывает, порождая переменное магнитное поле, пронизывающее витки катушки L.
3. В катушке Lсв , которая индуктивно связана с катушкой контура, возникает магнитное поле, имеющее такое же направление и появляется индукционный ток, направленный от эмиттера к базе.
4. Транзистор пропускает ток к конденсатору, в котором в это время протекает еще индукционный ток, совпадающий по направлению с первоначальным.
Все потери энергии восполняются, знаки зарядов пластин меняются на противоположные

+
-
+
-
5. Ток через конденсатор теперь течет в противоположном направлении, нарастая в первой четверти и убывая во второй
6.Порождаемое током магнитное поле,
пронизывает витки катушки контура, а, следовательно, и индуктивно связанной с ней катушки Lсв..
7.В катушке обратной связи возникает индукционный ток, направленный от базы к эмиттеру , в результате чего потенциал базы оказывается выше и ток к конденсатору не идет.
8. В конденсаторе протекает только
индукционный ток, совпадающий по направлению с током в начале полупериода.
Конденсатор перезаряжается, знаки пластин меняются на противоположные.
+
-

Переменный ток. Генератор переменного тока.
урок 3

Если электрический генератор создает синусоидальное напряжение
U = U0 sin ωt,
То по закону Ома в цепи, содержащей только проводник (резистор) с сопротивлением R,
I = I0 sin ωt,
Величина I0 = называется амплитудным значением силы тока.

Переменным током называется электрический ток, который изменяется с течением времени по гармоническому закону.
Машина, превращающая механическую энергию в энергию переменного тока с использованием явления электромагнитной индукции, называется генератором переменного тока.

Основные части генератора:
неподвижный статор;
вращающийся ротор.
В рамке, вращающейся с постоянной скоростью в однородном магнитном поле, возникает наведенная ЭДС, изменяющееся по синусоидальному закону
ε = ε0 sin ωt,
Здесь ε0 = ВSω – амплитуда ЭДС индукции.

К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи

Трансформатор (от лат. transformo — преобразовывать) — это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем в одну или несколько других систем без изменения частоты системы переменного тока

Работа трансформатора основана на двух базовых принципах:
Изменяющийся во времени электрический ток создаёт изменяющееся во времени магнитное поле (электромагнетизм)
Изменение магнитного потока, проходящего через обмотку, создаёт ЭДС в этой обмотке (электромагнитная индукция)

Режим холостого хода
Данный режим характеризуется разомкнутой вторичной цепью трансформатора, вследствие чего ток в ней не течёт. С помощью опыта холостого хода можно определить КПД трансформатора, коэффициент трансформации, а также потери в сердечнике.

Рабочий ход ( под нагрузкой)
Нагрузочный режим. Этот режим характеризуется замкнутой на нагрузке вторичной цепью трансформатора. Данный режим является основным рабочим для трансформатора.

если K<1, если N2>N1 или U2>U1 , то трансформатор повышающий; если K>1,если N2
Коэффициент трансформации – величина, равная отношению напряжений в первичной и вторичной обмотках трансформатора

Для трансформатора выполняется условие
I1U1≈I2U2
Во сколько раз трансформатор увеличивает напряжение во, столько же раз и уменьшает силу тока.

Применение в источниках питания. Компактный трансформатор
Для питания разных узлов электроприборов требуются самые разнообразные напряжения. Например, в телевизоре используются напряжения от 5 вольт, для питания микросхем и транзисторов, до 20 киловольт, для питания анода кинескопа. Все эти напряжения получаются с помощью трансформаторов (напряжение 5 вольт с помощью сетевого трансформатора, напряжение 20 кВ с помощью строчного трансформатора).

Виды электростанций
Тепловые
Гидроэлектростанции
Атомные
Альтернативная энергетика

В структуре выработки электроэнергии преобладают ТЭС. В мировом производстве их доля составляет 64 %.

Примерно 18 % мирового производства электроэнергии обеспечивают гидроэлектростанции (ГЭС). В некоторых странах значительная часть электроэнергии производится на ГЭС: в Гане – 99 %, в Бразилии – 92 %, в Кении – 86 %, в Норвегии – 90 %.

Третье место принадлежит атомным электростанциям (АЭС), которые обеспечивают 18 % мировой выработки электроэнергии. Больше всего электроэнергии на АЭС вырабатывают США, Франция, Япония, ФРГ, а по доле АЭС в общей выработке выделяются Франция – 75 %, Бельгия – 58 %, до недавнего времени – Литва.

Домашнее задание
Эссе на тему:
«Возможность использования альтернативной энергетики в г.Санкт-Петербург»
(150 слов)

Задачи к контрольной работе
При увеличении напряжения на конденсаторе колебательного контура на 41 В амплитуда силы тока увеличилась в 4 раза. Найти начальное напряжение
Начальный заряд, сообщенный конденсатору колебательного контура, уменьшили в 7 раз. Во сколько раз изменилась амплитуда напряжения?