Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур и превращение энергии при электромагнитных колебаниях.

^ Электромагнитные колебания - это колебания электрических и магнитных полей, которые сопровождаются периодическим изменением электрического заряда, силы тока и напряжения.

Простейшей системой, где могут возникнуть и существовать электромагнитные колебания, является колебательный контур.

^ Колебательный контур - это система, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора (рис. 1, а). Если конденсатор зарядить и замкнуть на катушку, то по катушке потечет ток (рис. 1, б). 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. 1, в). Ток в данном направлении прекратится, и процесс повторится в обратном направлении (рис. 1, г). Таким образом, в колебательном контуре будут происходить электромагнитные колебания из-за превращения энергии электрического поля конденсатора () в энергию магнитного поля катушки с током (), и наоборот.
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 . Частота с периодом связана обратно пропорциональной зависимостью .
В реальном колебательном контуре свободные электромагнитные колебания будут затухающими из-за потерь энергии на нагревание проводов. Для практического применения важно получить незатухающие электромагнитные колебания, а для этого необходимо колебательный контур пополнять электроэнергией, чтобы скомпенсировать потери энергии. Для получения незатухающих электромагнитных колебаний применяют генератор незатухающих колебаний.

Генератор незатухающих колебаний является примером автоколебательной системы.

Согласно закону электромагнитной индукции, в нем возникает ЭДС с частотой 50 Гц, изменяющаяся по гармоническому закону .

Под действием ЭДС и идет переменный ток с частотой 50 Гц во всех лампочках, холодильниках и стиральных машинах в квартирах.

Переменный ток – это вынужденные электромагнитные колебания.

^ Автоколебательные системы – это системы, в которых генерируются незатухающие колебания за счет поступления энергии от источника внутри такой системы.

Пример автоколебательной системы – генератор на транзисторе. Автоколебания возбуждаются в колебательном контуре генератора на транзисторе за счет энергии источника постоянного напряжения. В генераторе используется транзистор, т.е. полупроводниковое устройство, состоящее из эмиттера, базы и коллектора. Колебания тока в контуре вызывают колебания напряжения между эмиттером и базой, которые управляют силой тока в цепи колебательного контура (обратная связь).
^ 2. Задача на применение закона Джоуля- Ленца.