Электромагнитные колебания

Условимся считать заряд конденсатора q положительным, если знаки зарядов на обкладках таковы, как показано на рис.4, а силу тока – положительной, если ток направлен против часовой стрелки.

 

Рис.4 Электрические колебания в контуре постоянные

Согласно  второму закону Кирхгофа сумма падений  напряжения в контуре равна сумме  действующих в нем ЭДС. В нашем случае имеются два падения напряжения: на сопротивлении r, равное ri, и напряжение U_c на конденсаторе, которое противоположно по закону падению ri. Кроме того, имеется ЭДС самоиндукции, которая равна . Поэтому

                    (1)

 

Далее, напряжение на конденсаторе равно:

 

                               (2)

 

а сила тока связана с зарядом конденсатора соотношением

                                 (3)

 

Знак  минус в последнем соотношении  стоит потому, что выбранное положительное  направление i соответствует уменьшению заряда конденсатора.

Если  рассмотреть теперь реальный контур, сопротивление которого не равно  нулю. В этом случае колебания описываются  полным дифференциальным уравнением.

 

            (4)

 

Решение этого уравнения имеет различный  вид в зависимости от соотношения  между коэффициентами.

Предположим сначала, что 

                                 (5)

 

тогда решение  есть:

           (6)

 

Здесь А и φ – по-прежнему постоянные, значения которых определяются начальными условиями, величина же ω равна:

 

                   (7)

 

В том, что (5) совместно с выражением (6) действительно является решением уравнения (4), проще всего можно убедиться, подставляя (6) в (4).

Полученное  решение есть аналитическое выражение  кривых затухающих колебаний б и в на рис.3. Кривая (в) соответствует большему значению коэффициента α. То есть решение формулы (6) можно истолковать как гармоническое колебание с круговой частотой ω и с амплитудой, которая не остается постоянной, а непрерывно уменьшается с течением времени. Показатель α называется коэффициентом затухания колебаний.

 

Вынужденные электрические  колебания. Переменные токи

В данной главе ограничимся только цепями с сосредоточенными емкостями и  индуктивностями и будем считать  переменные токи. Иными словами, будем  предполагать, что время τ, в течение которого электрические величины принимают установившиеся значения, мало по сравнению с периодом колебаний Т, и поэтому будем применять к мгновенным значениям всех электрических величин законы постоянного тока.

Мы будем рассматривать только такие токи, сила которых меняется по синусоидальному закону:

Это объясняется  несколькими причинами. Во-первых, как  мы знаем все технические генераторы переменных токов, имеют ЭДС, изменяющуюся по закону, очень близкому к синусоидальному, и потому создаваемые ими токи практически являются синусоидальными. Вторая причина заключается в  том, что теория синусоидальных токов  особенно проста и вследствие этого  на примере таких токов можно  особенно просто выяснить основные особенности  электрических колебаний.

Электрические лампы в наших квартирах и  на улице, холодильник и пылесос, телевизор и магнитофон работают, используя энергию электромагнитных колебаний.

Во всех этих примерах речь идет об использовании  переменного электрического тока. Переменный электрический ток в энергетических электрических цепях является результатом возбуждения в них вынужденных электромагнитных колебаний. Эти вынужденные колебания создаются генераторами переменного тока, работающими на электростанциях.

Переменный  ток – это по существу вынужденные  колебания электрических зарядов  в проводнике под действием приложенной  переменной ЭДС.

 

Заключение

Значение  электромагнитных колебаний в нашей  жизни огромно.

Прошло  немногим более всего лишь 100 лет  с момента открытия и использования  человеком электромагнитных волн, но за это малое с точки зрения науки время, электромагнитные волны  завоевали весь мир и покорили человека, ведь мы не можем представить  себе жизни без них. Источники  ЭМ-излучения согревают и освещают дома, служат для приготовления пищи, обеспечивают мгновенную связь с любым уголком мира.

С помощью радиоволн осуществляется передача на расстояние звуковых сигналов, изображений, телеметрической информации со спутников и многое другое. Большую роль в современном морском флоте, авиации и космонавтике играет радиолокация. Солнце, окружающие нас тела, антенны передатчиков испускают электромагнитные волны, которые в зависимости от их частоты колебаний носят разные названия: короткие и длинные волны и др.

Целое направление  медицины – физиотерапия – успешно  использует электромагнитное излучение  для лечения различных заболеваний  При острых воспалительных процессах  применяют всем известный УВЧ-прибор, генерирующий электромагнитные волны  ультравысокой частоты с короткой длиной волны. Ткани нашего организма  поглощают эти волны и преобразуют  их в тепловую энергию. В результате ускоряется процесс выздоровления.

Инфракрасное  излучение, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и многое другое - Все служит на пользу человечеству.

  
Список источников и литературы

1. Калашников С.Г. «Электричество»., М., 1964г., -668с
2. Соколович Ю.А., Богданова А.С. «Справочное руководство по курсу физики средней школы».- Харьков: Ранок, 1999г., -480с
3. Кабардин О.Ф., «Физика: Справ. материалы: Учеб. пособие для учащихся». – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1991г., -367с
4. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. «Физика: Учеб. для 11кл. сред. шк». –М.: Просвещение., 1991г., -254с
5. Гончаренко С.У. «Физика 11кл».: -К., 1998г., -287с