Свободные колебанияСвободные электрические колебания.

При изучении свойств электрического поля мы выяснили, что оно обладает энергией и эта энергия может превращаться в другие виды. Энергия электрического поля заряженного конденсатора при подключении его к лампе накаливания превращается во внутреннюю энергию проводника и, в конечном счете, в энергию теплового и светового излучения. Если электрическую лампу подключить параллельно катушке индуктивности. При этом стрелка гальванометра сначала отклоняется в одну сторону, затем возвращается к нулевому делению шка­лы, проходит его и отклоняется в про­тивоположную сторону и т. д., т. е. со­вершает несколько колебаний. Колеба­ния стрелки гальванометра показы­вают, что в данной электрической цепи происходят свободные колебания силы тока в катушке, а значит, заряда и на­пряжения на обкладках конденсатора. Рассмотрим механизм возникновения этих колебаний.

При подключении обкладок заря­женного конденсатора к концам катуш­ки в ней возникает электрический ток. Если индуктивность катушки велика, а электрическое сопротивление ее про­водов мало, то и потери энергии па нагревание провода малы; в основном энергия электрического поля заряженного конденсатора превращается в энергию магнитного поля. Мгновенной разрядке конденсатора препятствует ЭДС самоиндукции, сдер­живающая процесс возрастания силы тока в катушке. С течением времени конденсатор постепенно разряжается, напряжение на его обкладках уменьшается, уменьшается и энергия электрического поля между обкладками. Одновременно возрастает сила тока в катушке и увеличивается энергия ее магнитного поля. В тот мо­мент, когда конденсатор полностью разрядится и энергия электри­ческого поля станет равной нулю, сила тока в катушке и энергия магнитного поля достигнут максимальных значений.

После разрядки конденсатора и исчезновения внешнего элект­рического поля сила тока в катушке, казалось бы, должна стать со временем равной нулю. Но убывание силы тока в катушке приводит к уменьшению магнитного потока, что вызывает появ­ление в катушке ЭДС самоиндукции и индукционного тока. На­правление индукционного тока таково, что он препятствует умень­шению магнитного потока. Следовательно, индукционный ток имеет такое же направление, какое ток имел при разрядке кон­денсатора. Поэтому конденсатор заряжается индукционным током катушки.

Затухание свободных колебаний.

В реальном электрическом контуре из-за потерь энергии на нагревание проводников и диэлектриков энергия магнитного и электрического полей по­степенно превращается во внутреннюю энергию. Изменения силы тока в катушке и напряжения на конденсаторе со временем уменьшаются и через некоторое время прекращаются. Та­ким образом, свободные электромагнитные колебания в контуре оказываются затухающими.

Для изучения свободных затухающих электромагнитных колебаний в колеба­тельном контуре можно воспользоваться электронно-лучевым осциллографом. Со­единим горизонтальные управляющие электроды электронно-лучевой трубки с обкладками конденсатора колебательного контура. Включим генератор развертки, обеспечивающий равномерное движение электронного луча по горизонтали с периодическим быстрым возвращением к исходной точке. Замкнув ключ, соеди­няющий конденсатор с катушкой, мы увидим на экране осциллографа осциллограмму, показывающую, что в электрическом контуре действительно возникают затухаю­щие электромагнитные колебания.


Загрузка...

Яндекс.Метрика Google+