Электромагнитные колебания (свободные и вынужденные колебания, работа колебательного контура, аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями)

Электромагнитные колебания это периодически или почти периодически изменения заряда, силы тока и напряжения.

Работа колебательного контура Разрядный ток нарастает постепенно. причиной этого явления служит возникновения в цепи ЭДС самоиндукции, которая препятствует любому изменению электрического тока в этой цепи. После того как ток в катушке достигает наибольшего значения и напряжения на обкладках конденсатора упадёт до нуля, ток, продолжая течь, начнёт перезаряжать конденсатор. Возникшее при этом электрическое поле, направленное против тока, начнёт уменьшать величину заряда. Уменьшение тока вызовет появление в катушке индуктивности ЭДС самоиндукции. Поддерживаемый ЭДС самоиндукции ток в катушке, постепенно ослабевая,будет течь до тех пор, пока не закончится переразрядка конденсатора. Это приведет к тому, что ток будет равен 0, напряжение на конденсаторе достигнет максимума. С окончанием переразрядки конденсатора энергия магнитного поля катушки окажется превращённой в энергию электрического поля, причём направление напряжённости будет противоположно начальному. Далее конденсатор вновь разряжаясь, создаёт ток противоположного направления. Энергия электрического поля постепенно начнёт убывать, превращаясь в энергию магнитного поля, которая будет превращаться про повторной перезарядке конденсатора в энергию электрического поля. Т.о. в цепи состоящей из конденсатора и катушки индуктивности, будет переменный ток. П ериодически повторяющиеся изменения силы тока в электрической цепи, сопровождающиеся периодическими превращениями энергии электрического поля(и наоборот), происходящие без потребления энергии от внешних источников, называется свободными электромагнитными колебаниями. Вынужденными электро - магнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в эл. цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.

Переменный электрический ток (условия возникновения вынужденных электромагнитных колебаний, виток в однородном магнитном поле, гармонический характер колебания).

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.

Виток в однородном магнитном поле. Поместим в однородное ипостоянное магнитное поле виток проволоки. При равномерном вращении этого витка вокруг оси магнитный поток. Пронизывающий его площадь, будет непрерывно меняться как по величине, так и по направлению. Вследствие этого в витке возникает переменная по величине и направлению ЭДС индукции. Когда плоскость вращающего витка становится перпендикулярна силовым линиям магнитного поля, то магнитный поток наибольший, скорость изменения =0. ЭДС индукции, возникшая в витке, которая пропорциональна скорости изменения потока, будет =0. Когда плоскость параллельна силовым линиям,поток,=0, скорость изменения наибольшая. Гармонический характер колебания. Пусть виток ограничивает поверхность площадью и вектор индукции однородного магнитного поля расположен под углом к перпендикуляру плоскости витка. Тогда магнитный поток Ф=B*S* cos a. При вращении витка с периодом угол изменяется по закону a= 2п/T, т.к. 2п/T=w(омега), для магнитного потока получаем

Ф=B*S* cos w(омега)*t

Действующее значение силы тока и напряжения. Мощность переменного тока. Активное сопротивление цепи переменного тока.

Действующем значением силы тока называют величину, в √2 раз меньшую её амплитудного значения I=I_m/ √2. Действующее значение силы тока равно силе такого постоянного тока, при котором средняя мощность, выделяющаяся в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, выделяющейся в том же проводнике в цепи постоянного тока. Действующее значение переменного напряжения в √2 раз меньше его амплитудного значения U=U_m/√2. Средняя мощность переменного тока при совпадении фаз колебаний силы тока и напряжение равна произведению действующих значений силы тока и напряжения.

Мощность переменного тока При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность переменного тока равна p=i*u=I_m*U_m cos²w(омега)*t. Среднее значение квадрата косинуса за период равно 0,5, поэтому среднее значение мощности равно P=I_m*U_m/2=I_m² *R/2.

Активное сопротивление. Сопротивление элемента электрической цепи (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным сопротивлением. Активное сопротивление участка цепи можно определить как частное от деления средней мощности на квадрат действующего значения силы тока. При небольших значениях частоты переменного тока активное сопротивление проводника не зависит от частоты и практически совпадает с его электрическим сопротивление в цепи постоянного тока.

Автоколебательные системы. Ток высокой частоты и его особенности.

Для того чтобы получить незатухающие колебания нужно иметь посторонний источник энергии.,

удовлетворяющий 2 условиям: Поступление энергии за период должно быть точно ее убыли из системы.

Внешняя сила должна действовать в «такт» с собственными колебаниями.

Производство электрической энергии. Генератор.

Преимущества электрической энергии.

1. можно передавать по проводам;

2. можно трансформировать;

3. легко превращается в другие виды энергии;

4. легко получается из других видов энергии.

Генераторы – машины, превращающие механическую энергию в энергию электрического тока.

Виды генераторов:

1. химическая энергия (аккумулятор)

2. световая энергия (солнечные батареи)

3. механическая (гидрогенераторы)

4. внутренняя энергия пара (турбогенератор)

5. атомная энергия (турбогенератор)

6. энергия магнитного поля (МГД-генератор)

Индукционные генераторы.

Электрические машины, в которых механическая энергия превращается в электрическую с помощью явления электромагнитной индукции, называется индукционными генераторами.

Трёхфазный ток. Типы соединений (Устройство и принцип работы).

Трехфазным током называется система трех однофазных токов, создаваемых тремя ЭДС, имеющими одинаковые амплитуды и частоту, но сдвинутыми одно относительно другой по фазе на 120* или по времени на 1/3 периода.

Типы соединений:

· звездой

· треугольником

Преимущества трехфазной системы:

· экономия в проводах

· создание асинхронных двигателей.

·

35. Асинхронный двигатель. Генератор постоянного тока (Устройство и принцип работы).

Асинхронный двигатель.

Скорость вращения витка во вращающемся магнитном поле всегда меньше скорости вращения поля; поэтому принято говорить, что вращение витка относительно поля асинхронным.

Достоинства:

1. простота изготовления и надежность их в эксплуатации;

2. легко реверсируется (легко меняется направление вращения ротора).

Недостатки:

1. низкий коэффициент мощности;

2. недопустимо длительная работа в режиме холостого хода и недогрузок.

Генератор постоянного тока.

Генераторами называют электрические машины, преобразующие механическую энергию в электрическую. Принцип действия электрического генератора основан на использовании явления электромагнитной индукции. Если в магнитном поле постоянного магнита перемещать проводник так, чтобы он пересекал магнитный поток, то в проводнике возникнет электродвижущая сила (э.д.с). Электродвижущая сила возникает и в том случае, когда проводник остается неподвижным, а перемещается магнит. Явление возникновения индуктированной э.д.с. в проводнике называется электромагнитной индукцией. Если проводник, в котором индуктируется э.д.с, включить в замкнутую электрическую цепь, то под действием э.д.с. по цепи потечет ток, называемый индуктированным током.