|
Электромагнитные колебания могут быть
свободными и вынужденными.
1. Свободные электромагнитные колебания – это периодически повторяющиеся изменения заряда,
напряжения и силы тока.
Свободные электрические колебания
происходят в колебательном контуре,
состоящем из конденсатора емкостью С и катушки индуктивностью L. После зарядки
конденсатора, в колебательном контуре вследствие явления самоиндукции
происходят периодические превращения энергии электрического поля заряженного
конденсатора в энергию магнитного поля катушки с током. Если сопротивление
проводов контура можно пренебречь, такой
контур является идеальным и в нем
происходят незатухающие электромагнитные
колебания заряда и напряжения на обкладках конденсатора и силы тока в
катушке индуктивности.
Колебания заряда происходят по закону
косинуса:
q = qmax cos ωt
Так как напряжение на конденсаторе
равно U = q / C, то колебания напряжения происходят так же по закону
косинуса:
u = Umax cos ωt, где Umax = qmax / C
Мгновенное значение силы тока в
катушке равно i = q’t
i = - Imax
sin ωt или i = Imax cos (ωt + π/2), где Imax = qmaxω.
Графики колебаний заряда, напряжения
и силы тока: 
Период колебаний зависит от емкости
конденсатора и индуктивности катушки: 
Частота колебаний, как и для
механических, обратна периоду
колебаний ν
= 1 / Т.
Собственная (циклическая) частота зависит
так же от параметров колебательного контура: 
В колебательном контуре происходят
периодические превращения энергии электрического
поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки. Если колебания
незатухающие, то можно применить закон сохранения энергии: 
2. Вынужденные электромагнитные колебания – переменный ток. Он возникает в результате вращения
рамки в магнитном поле (или вращения магнита внутри рамки) вследствие явления
электромагнитной индукции.
При вращении рамки с угловой
скоростью ω = 2πν меняется
угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции. В результате
магнитный поток меняется по закону: Ф = BSN cos ωt, где BSN = Фmax.
Тогда в
рамке возникает переменная ЭДС индукции ei = - Ф’
ei = ℰmax sin
ωt, где ℰmax = BSNω
По закону Ома для участка цепи возникает
переменный ток
i = ei / R, i =Imax sin ωt, где Imax
= BSNω/R.
Если
колебательный контур подключить к источнику переменного тока, то в нем будет
наблюдаться резонанс (резкое возрастание амплитуды колебаний силы
тока) при выполнении условия: частота переменного тока равна собственной
частоте колебательного контура, т.е. ω = ω0.
Трансформатор – это устройство для
преобразования напряжения, состоящее из двух катушек с разным числом витков,
надетых на общий сердечник. Работа трансформатора основана на явлении
электромагнитной индукции.
Напряжение на вторичной обмотке зависит от
числа витков в первичной и вторичной обмотках: 
k - коэффициент трансформации. При k > 1, трансформатор понижающий, при k
< 1 – повышающий.
| 
