Презентация по физике на тему "Электромагнитные колебания"

• 1 слайд

  ФИЗИКА
  11 КЛАСС
  ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
  

• 2 слайд

  
  Гипотеза Джеймса Клерка Ма́ксвелла
  
  Существование электромагнитных
  полей было теоретически предсказано
  великим английским физиком
  Максвеллом в 1864 году.
  Согласно теории Максвелла, переменные электрические и магнитные поля не могут существовать по отдельности: изменяющееся магнитное поле
  порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле порождает магнитное (таким образом получаем колебания электрического и магнитного полей, которые сопровождаются электромагнитными колебаниями)
  
  

• 3 слайд

  ОТКРЫТИЕ СВОБОДНЫХ
  ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ
  ?
  ?
  N
  N
  S
  S
  I
  I
  Замыкали обкладки лейденской
  банки с помощью катушки
  Обнаруживали намагничивание
  стальной спицы, помещенной внутрь катушки
  Удивляло то, что заранее
  невозможно было предсказать,
  какой конец спицы будет
  северным полюсом,
  а какой - южным
  При разрядке конденсатора через катушку возникают колебания: конденсатор успевает многократно перезарядиться и ток меняет направление много раз
  

• 4 слайд

  Эти колебания происходят с очень большой частотой, для их наблюдения и исследования используют электронный осциллограф
  Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями
  

• 5 слайд

  Колебательный контур
  Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать электромагнитные колебания, является колебательный контур.
  Колебательный контур — цепь,
  состоящая из включенных
  последовательно
  1)катушки индуктивностью L,
  2)конденсатора емкостью С и
  3)резистора сопротивлением R
  

• 6 слайд

  Идеальный контур Томсона
  Идеальный контур Томсона — колебательный контур без активного сопротивления (R = 0).
  
  

• 7 слайд

  Возникновение свободных э.м. колебаний
  Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушке потечет ток. Когда конденсатор разрядится, ток в цепи не прекратится из-за самоиндукции в катушке.
  
  Индукционный ток, в соответствии с правилом Ленца, будет течь в ту же сторону и перезарядит конденсатор.(рис ∂ )
  

• 8 слайд

  Возникновение свободных э/м колебаний
  Ток в данном направлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении. Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания.
  
  

• 9 слайд

  +
  +
  +
  +
  -
  -
  -
  -
  +
  +
  +
  +
  -
  -
  -
  -
  

• 10 слайд

  +
  +
  +
  +
  -
  -
  -
  -
  +
  +
  +
  +
  -
  -
  -
  -
  

• 11 слайд

  По мере разрядки конденсатора энергия электрического поля Wэ уменьшается, так как уменьшается заряд на обкладках конденсатора, но одновременно возрастает энергия магнитного поля тока Wм.
  
  
  
  В момент, когда конденсатор полностью разрядится, энергия электрического поля станет равна нулю (так как заряд конденсатора равен нулю). Энергия магнитного поля станет максимальной (по закону сохранения энергии).
  
  
  
  энергия W электромагнитного поля контура равна сумме его энергий магнитного Wм и электрического Wэ полей.
  
  Превращение энергии при э/м колебаний
  Где i и q – сила тока и электрический заряд в любой момент времени
  

• 12 слайд

  
  Полная энергия W электромагнитного поля контура равна сумме его энергий магнитного Wм и электрического Wэ полей:
  
  Превращение энергии при э/м колебаний
  Где i и q – сила тока и электрический заряд в любой момент времени
  

• 13 слайд

  Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями
  

• 14 слайд

  Зарядка конденсатора аналогична отклонению тела от положения равновесия на некоторую величину хm.
  

• 15 слайд

  Возникновение в цепи тока соответствует появлению в механической колебательной системе скорости тела под действием силы упругости пружины.
  

• 16 слайд

  Момент времени, когда конденсатор разрядится, а сила тока достигнет максимума, аналогичен тому моменту времени, когда тело с максимальной скоростью проходит положение равновесия.
  

• 17 слайд

  Далее конденсатор начнет перезаряжаться, а тело в ходе механических колебаний продолжает смещаться влево от положения равновесия.
  

• 18 слайд

  По происшествии половины периода колебаний конденсатор полностью перезарядился, а тело отклонилось в крайнее левое положение, когда его скорость стала равна нулю
  

• 19 слайд

  Соответствие между механическими и электромагнитными колебаниями можно свести в таблицу
  

• 20 слайд

  СВОБОДНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
  Свободные электромагнитные колебания – это периодически повторяющиеся изменения электромагнитных величин (q – электрический заряд, I – сила тока, U – разность потенциалов), происходящие без потребления энергии от внешних источников.
  В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будут затухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Согласно закону Джоуля-Ленца, энергия электрического тока будет постепенно превращаться в теплоту
  По этой причине свободные колебания в контуре всегда являются затухающими
  

• 21 слайд

  Формула Томсона
  Период электромагнитных колебаний в идеальном колебательном контуре (т. е. в таком контуре, где нет потерь энергии) зависит от индуктивности катушки и емкости конденсатора и находится по формуле Томсона, где
  T- это период колебания - промежуток времени,
  через который значения колеблющихся величин
  периодически повторяются
  

• 22 слайд

  формула Томсона
  Уравнение, описывающее колебания в контуре
  i=Im cos(ω0t+π/2)
  

• 23 слайд

  Вынужденные электромагнитные
  колебания
  Незатухающие колебания в цепи под действием внешней, периодически изменяющейся ЭДС – называются вынужденными электромагнитными колебаниями
  

• 24 слайд

  Электрический ток величина и направление которого меняются с течением времени называется переменным.
  Переменный электрический ток представляет собой вынужденные электромагнитные колебания.
  Частота переменного тока – число колебаний в 1с.
  
  Стандартная промышленная частота переменного тока – 50Гц. Это значит, что за 1с ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз - в противоположную.
  
  

• 25 слайд

  Переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС. Получение переменной ЭДС в цепи основано на явлении электромагнитной индукции. Для этого токопроводящую рамку равномерно с угловой скоростью ω вращают в однородном магнитном поле. При этом значение угла α между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции будет определяться выражением:
  
  Получение переменной эдс
  Следовательно, величина магнитного потока, пронизывающего рамку, будет изменяться со временем по гармоническому закону:
  

• 26 слайд

  Согласно закону Фарадея, при изменении потока магнитной индукции, пронизывающего контур, в контуре возникает ЭДС индукции. Используя понятие производной, уточняем формулу для закона электромагнитной индукции
  При изменении магнитного потока, пронизывающего контур, ЭДС индукции также изменяется со временем по закону синуса (или косинуса).
  максимальное значение или амплитуда ЭДС.
  Если рамка содержит N витков, то амплитуда возрастает в N раз.
  Подключив источник переменной ЭДС к концам проводника, мы создадим на них переменное напряжение:
  

• 27 слайд

  Общие соотношения
  между напряжением и силой тока
  Как и в случае постоянного тока, сила переменного тока определяется напряжением на концах проводника. Можно считать, что в данный момент времени сила тока во всех сечениях проводника имеет одно и то же значение.
  Но фаза колебаний силы тока может не совпадать с фазой колебаний напряжения.
  В таких случаях принято говорить, что существует сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения. В общем случае мгновенное значение напряжения и силы тока можно определить:
  или
  φ – сдвиг фаз между колебаниями тока и напряжения
  Im – амплитуда тока, А.
  

• 28 слайд

  Вынужденные электромагнитные
  колебания
  Незатухающие колебания в цепи под действием внешней, периодически изменяющейся ЭДС – называются вынужденными электромагнитными колебаниями
  Магнитный поток Ф сквозь плоскость рамки:
  По закону электромагнитной индукции: