Слайд 14.2 Электромагнитные колебания и волны
4.2.1 Колебательный контур. Свободные и вынужденные
электромагнитные колебания. 4.2.2 Переменный ток. Генератор переменного тока. Активное, индуктивное
и емкостное сопротивления переменного тока. Закон Ома для электрической цепи переменного тока. Работа и мощность переменного тока
Генераторы тока. Трансформаторы. Токи высокой частоты. Получение, передача и распределение электроэнергии. Электромагнитное поле как особый вид материи. Электромагнитные волны. Вибратор Герца. Открытый колебательный контур. Изобретение радио А. С. Поповым. Понятие о радиосвязи. Применение электромагнитных волн
Слайд 2Электромагнитные колебания - это повторяющиеся изменения электрических и магнитных величин: заряда,
тока, напряжения, а также электрического и магнитного полей.
Электромагнитные колебания в
замкнутой цепи, протекающие без периодического внешнего воздействия, называются свободными.
Простейшая система, в которой могут возникать такие колебания, состоит из параллельно соединенных конденсатора и катушки индуктивности. Такая система называется колебательным контуром. В идеальном контуре сопротивление катушки и соединительных проводов равно нулю.
Слайд 4В связи с этим по мере разрядки конденсатора уменьшается его
энергия Wэ, но увеличивается энергия катушки индуктивности Wм. Одновременно нарастает
и сила тока i
Когда конденсатор разрядится - напряжение спадет до нуля, а ток достигнет максимума. При этом энергия электрического поля полностью перейдет в энергию магнитного поля. В катушке индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует мгновенному исчезновению тока, и он будет спадать постепенно.
К тому моменту, когда ток спадет до нуля, конденсатор перезарядится. При этом
энергия магнитного поля перейдет в энергию электрического поля. После этого процесс повторится в обратном направлении.
Слайд 6Для возникновения свободных колебаний необходимо:
1. Наличие колебательного контура.
2. Электрическое сопротивление
должно быть очень маленьким.
3. Заряженный конденсатор.
Для того чтобы возникли незатухающие
колебания – вынужденные колебания, в колебательном контуре каждый раз придется сообщать конденсатору дополнительную энергию.
Вынужденные электромагнитные колебания – периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи.
Электрическая цепь – это не обязательно колебательный контур, но периодические изменения характеристик (силы тока, напряжения, заряда), это и будут вынужденные электромагнитные колебания.
Слайд 7Простейший генератор тока представляет собой проволочную рамку, которая вращается под
действием внешних сил в магнитном поле. В качестве источников поля
используются постоянные магниты
При вращении рамки с угловой скоростью ω угол между нормалью рамки и направлением поля изменяется по закону α = ωt, а магнитный поток, пронизывающий рамку, изменяется по закону
Ф=B · S · N· cos ωt
Где В-магнитная индукция, N- число витков, S- площадь
Слайд 11Трансформатор электрический - устройство, преобразующее переменный ток одного напряжения в переменный
ток другого напряжения (при неизменной частоте).
Трансформатор представляет собой замкнутый ферромагнитный
сердечник (обычно из специальных сортов железа) с двумя обмотками, содержащими различное число витков
Обмотка, которая включается в сеть переменного тока с напряжением U1, называется первичной, а обмотка, к который подключается потребитель (нагрузка), называется вторичной.
Слайд 14Д. Максвелл сформулировал четыре принципа, которые качественно объединяли все электрические
и магнитные явления.
Электрическое поле создается двумя путями
• Электрическими зарядами (и в
этом случае его силовые линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах).
• Переменным магнитным полем (в этом случае электрические силовые линии замкнуты и охватывают переменный магнитный поток).
Магнитное поле создается двумя путями
• Электрическим током.
• Переменным электрическим полем (током смещения).
Слайд 15Электромагнитная волна - это согласованное распространение переменного электрического и переменного магнитного
полей - электромагнитные колебания, распространяющиеся в пространстве.
В электромагнитном поле магнитная
индукция и напряженность электрического поля располагаются взаимно перпендикулярно, и из теории Максвелла следовало, что плоскость расположения магнитной индукции и напряженности находится под углом 900 к направлению распространения электромагнитной волны
Слайд 16С помощью электромагнитных волн беспроводная передача информации была осуществлена 7
мая 1895 года. В университете Санкт-Петербурга был поставлен прибор Попова,
который и принял первую радиограмму, она состояла всего лишь из двух слов: Генрих Герц.
Слайд 17Основной частью приемника был когерер (стеклянная трубка, заполненная металлическими опилками
Такое
состояние железных опилок обладает большим электрическим сопротивлением, в таком состоянии
когерер электрического тока не пропускал, но, стоило проскочить небольшой искорке через когерер (для этого там находились два контакта, которые были разделены), и опилки спекались и сопротивление когерера уменьшалось в сотни раз.
Слайд 18Следующая часть приемника Попова – электрический звонок. Именно электрический звонок
оповещал о приеме электромагнитной волны. Кроме электрического звонка в приемнике
Попова был источник постоянного тока – батарея, которая обеспечивала работу всего приемника. И, конечно же, приемная антенна, которую Попов поднимал на воздушных шарах.
Слайд 19Работа приемника заключалась в следующем: батарея создавала электрический ток в
цепи, в которую был включен когерер и звонок. Электрический звонок
не мог звенеть, так как когерер обладал большим электрическим сопротивлением, ток не проходил, и необходимо было подобрать нужное сопротивление. Когда на приемную антенну попадала электромагнитная волна, в ней индуцировался электрический ток, электрический ток от антенны и источника питания вместе был достаточно большим – в этот момент проскакивала искра, опилки когерера спекались, и по прибору проходил электрический ток. Звонок начинал звенеть
Слайд 20В приемнике Попова кроме звонка был ударный механизм, выполненный таким
образом, что ударял одновременно по звоночку и когереру, тем самым
встряхивая когерер. Когда электромагнитная волна приходила, звонок звенел, когерер встряхивался – опилки рассыпались, и в этот момент вновь сопротивление увеличивалось, электрический ток переставал протекать по когереру. Звонок переставал звенеть до следующего приема электромагнитной волны.