Электромагнитные колебания и волны




Механические колебания и волны. Звук

Амплитудой колебаний называется модуль наибольшего смещения относительно положения равновесия. Периодом колебаний называется длительность одного полного колебания. Частотой колебаний называется число колебаний за одну секунду.

Свободными колебаниями называются колебания, которые совершаются под действием внутреннихсил системы. Чтобы в системе совершались свободные колебания, необходимо, чтобы система находилась вблизи положения устойчивого равновесия и чтобы силы трения или силы сопротивления были достаточно малыми.

Гармоническими называются колебания, происходящие по закону синуса или косинуса.

Период малых колебаний математического маятника а период малых колебаний пружинного маятника

При колебаниях происходят взаимные периодические превращения потенциальной и кинетической энергии.

Вынужденнымиколебаниями называются колебания, совершаемые под действием внешней периодической силы.

Когда частота изменения внешней силы приближается к частоте свободных колебаний системы, амплитуда колебаний резко возрастает. Это явление называется резонансом.

Механические волны — это возмущения среды, распространяющиеся в пространстве с течением времени. Источниками механических волн являются колеблющиеся тела. Волны не переносят вещество, но переносят энергию.

Частотой волны (обозначается ) называется частота колебаний каждой точки среды. Величина, обратная частоте, называется периодом волны: Длина волны (обозначается ) — расстояние между ближайшими гребнями волны в один и тот же момент времени. Амплитуда волны — наибольшее смещение частиц от положения равновесия. Скорость волны

Волны, при распространении которых частицы среды смещаются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны, называются поперечными волнами. Поперечные волны могут распространяться только в твердых телах. Волны, при распространении которых частицы среды смещаются вдоль направления распространения волны, называются продольными волнами. Продольные волны могут распространяться в любой среде.

Механические волны с частотами от 20 Гц до 20 кГц называются звуковыми волнами. Высота звука определяется частотой звуковой волны, а громкость звука определяется, в основном, амплитудой звуковой волны.

 

Электромагнитные колебания и волны

Колебательным контуром называется цепь, содержащая индуктивность (L) и емкость (С). Простейший колебательный контур состоит из конденсатора и катушки, присоединенной к обкладкам конденсатора (рис.1). При разряде конденсатора возникают электромагнитные колебания.
Рис. 1.

Они заключаются в периодическом изменении следующих величин: заряда q и напряжения U на обкладках конденсатора, напряженности Е и энергии W электрического поля внутри конденсатора, силы тока I в катушке, индукции В и энергии Wm магнитного поля в катушке. Если пренебречь сопротивлением контура, то каждая из величин q, U, E, I, В совершает гармонические колебания, например:

(10)

Это - свободные электромагнитные колебания.
Их период определяется формулой Томсона:

(11)

Если в колебательный контур, содержащий индуктивность L, емкость С и сопротивление R, включить источник переменного напряжения (рис. 2), то в цепи установится переменный ток - вынужденные колебания, частота которых будет равна частоте переменного напряжения. При этом амплитудные значения тока и напряжения связаны соотношением:
(12) Рис. 2.

Здесь R - активное (омическое) сопротивление, L - индуктивное сопротивление,
- емкостное сопротивление. Знаменатель в формуле (12) называют полным сопротивлением или импедансом.
Если частота вынужденных колебаний совпадает с частотой свободных колебаний 0 определяемых по (10) (напомним, что 0= 2 /T0), то выражение, стоящее в скобках в (12), обращается в нуль и сила тока достигает максимального значения. Это - явление электрического резонанса.
Действующие (эффективные) значения силы переменного тока и переменного напряжения:

(13)

Мощность переменного тока, выделяемая на активном сопротивлении:

Трансформатором называют прибор, служащий для преобразования напряжения переменного тока практически без потери мощности. Между напряжениями U1, U2, на концах первичной и вторичной обмоток трансформатора и числами витков n1, n2 в этих обмотках существует связь:

где К - коэффициент трансформации. Формула верна лишь при разомкнутой вторичной обмотке или замкнутой на достаточно большое сопротивление.


Связь между электрическим и магнитным полями.

Согласно Максвеллу всякое изменение электрического поля порождает магнитное поле с замкнутыми силовыми линиями, охватывающими линии вектора Е и наоборот: всякое изменение магнитного поля порождает электрическое поле с замкнутыми силовыми, охватывающими линии вектора В. Таким образом, переменные электрическое и магнитное поля существуют всегда совместно, образуя единое электромагнитное поле.
  Рис. 3.

Взаимно порождая друг друга, электрическое и магнитное поля распространяются, образуя электромагнитные волны. Источником электромагнитных волн является переменный ток или ускоренное движение отдельных зарядов. Электромагнитные волны поперечные, т.к. в каждой точке пространства векторы Е и В, будучи перпендикулярны друг к другу, колеблются в направлениях, перпендикулярных к направлению распространения волны(рис.3).
Скорость электромагнитных волн в вакууме: c = 3*108 м/c.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-06-05 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: