Цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и катушки и позволяющая получать электромагнитные колебания, называется колебательным контуром

Электромагнитные колебания

Электромагнитные колебания возникают в электрической цепи, состоящей из батареи конденсаторов и катушки индуктивности.

Цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора и катушки и позволяющая получать электромагнитные колебания, называется колебательным контуром.

 

1. Конденсатор заряжен, тока в катушке не, напряжение максимально.

2. Конденсатор разряжается, напряжение не нем уменьшается до нуля, а ток в катушке увеличивается до максимума. В катушке возникают силовые линии, которые направлены вниз.

3. Ток в катушке уменьшается до нуля, энергия магнитного поля превращается в энергию электрического поля конденсатора, но с противоположным знаком.

4. Конденсатор разряжается, энергия электрического поля переходит в энергию магнитного поля катушки. Но поле в катушке будет с противоположным знаком.

Таким образом, напряжение на конденсаторе изменяется по закону cos, а сила тока в катушке по закону sin.

 

В колебательном контуре колеблется энергия электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки.

;       W_э=W_м

 

Найдем период и частоту электромагнитных колебаний.

Когда контур колеблется, то емкостное сопротивление равно индуктивному сопротивлению:

X_C=X_L; ; ;  циклическая частота

 _{; ;}  

 - формула Томпсона.

Эти колебания будут затухающие. т. к. происходит потеря энергии. Чтобыэти колебания были незатухающие, необходимо компенсировать потери энергии в контуре. Этого можно достичь с помощью автоматического устройства – генератора высокой частоты.

 

 

Необходимым элементом генератора высокой частоты является транзистор, который последовательно соединяют с колебательным контуром и батареей питания

При этом эмиттер подключают к положительному полюсу батареи, а коллектор — к отрицательному. Базу транзистора соединяют с катушкой Lсв, которая индуктивно связана с катушкой Lк контура. Поэтому в процессе электромагнитных колебаний в контуре поступающий на базу потенциал периодически меняет свой знак относительно потенциала эмиттера.

Когда на базу подается отрицательный потенциал, транзистор пропускает ток, который в этот момент совпадает по направлению с током в контуре и усиливает его за счет энергии батареи. Когда же в контуре меняется направление на обратное, на базу поступает положительный потенциал. Транзистор размыкает цепь. Ток в цепи прекращается и не препятствует перезарядке конденсатора в контуре.

Таким образом, за счет периодически поступающих порций энергии от батареи питания в контуре поддерживаются незатухающие электромагнитные колебания.

 

С помощью генератора незатухающих электромагнитных колебаний можно получить переменные токи высокой частоты (30 МГц и выше).

Применяются:

ü Для закаливания резьбового калибра;

ü Для сваривания пластмассовых труб;

ü Для приваривания режущей кромки;

ü Для сушки дерева;

ü Для кремации тел в крематории;

ü Для УВЧ-терапии.

 

Домашнее задание:

  №1. Для демонстрации медленных электромагнитных колебаний собирается колебательный контур с конденсатором, емкость которого равна 2,5 мкФ. Какова должна быть индуктивность катушки при периоде колебания 0,2 с?

№ 2. Необходимо собрать колебательный контур частотой 3 мГц, используя катушку индуктивностью 1,3 мГн. Какова должна быть емкость конденсатора?

 

№ 3. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 250 пФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Определите период и частоту свободных колебаний.

№ 4. В цепь переменного тока с частотой 400 Гц включена катушка индуктивностью 0,1 Гн. Конденсатор какой емкости надо включить в эту цепь, чтобы осуществился резонанс?

№ 5. Катушку какой индуктивности надо включить в колебательный контур, чтобы при емкости конденсатора 50 пФ получить частоту свободных колебаний 10 МГц?

№6. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 400 пФ и катушки индуктивностью 10 мГн. Найти амплитуду колебаний силы тока, если амплитуда колебаний напряжения 500 В.