Конспект по физике для 9 класса «Электромагнитные колебания». Что такое электромагнитные колебания. Что такое колебательный контур. Что такое конденсатор. Из каких элементов состоит колебательный контур.
Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике
Электромагнитные колебания.
Вы уже знаете, что для возникновения механических волн необходимы колебания. Например, колебания поплавка приводят к возникновению волны на поверхности воды, колебания голосовых связок приводят к возникновению звуковых волн и т. д. Вместе с тем, существует другой класс колебаний, не являющихся механическими и имеющих иную природу.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ
На предыдущих уроках вы познакомились с переменным током, вырабатываемом на электростанциях. Частота этого тока равна 50 Гц, и её называют промышленной частотой.
Однако в телефонных проводах, например при передаче звука, течёт ток, изменяющийся в соответствии с частотой передаваемых звуковых колебаний. Как правило, частоты этих колебаний лежат в пределах от 50 до 10 кГц. Изменения тока носят колебательный характер. Такого рода колебания называют электромагнитными колебаниями.
Электромагнитные колебания, соответствующие звуковым частотам, называют колебаниями звуковой или низкой частоты.
Радиопередачи и телевидение основаны на применении токов с частотами в миллионы и сотни миллионов герц. Такие колебания называют электромагнитными колебаниями высокой частоты.
Для получения электромагнитных колебаний используются специальные устройства, которые называют колебательными контурами. Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из катушки и элемента, называемого конденсатором.
КОНДЕНСАТОР. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ
Конденсатор — это устройство, позволяющее накапливать электрические заряды (от лат. condensation — накопление). Простейший конденсатор состоит из двух металлических пластинок (обкладок), разделённых слоем изолятора, например, воздуха или слюды.
Если обкладки конденсатора подсоединить к полюсам источника тока, например, батарейки, то на обкладках появятся равные по модулю, но противоположные по знаку электрические заряды q и -q. Как показывает опыт, заряды на обкладках конденсатора пропорциональны напряжению между ними: q ~ U.
Коэффициент пропорциональности обозначается буквой С и называется электрической ёмкостью или просто ёмкостью конденсатора: q = CU. Ёмкость конденсатора тем больше, чем больше площадь его обкладок и чем ближе друг к другу они расположены.
В электрических схемах для конденсаторов используется следующее условное изображение:
Единицей ёмкости в СИ является фарад (Ф), названной в честь английского учёного М. Фарадея.
1 Ф — это такая ёмкость конденсатора, при которой заряд, равный 1 Кл, создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 В. Заметим, что 1 Ф — это очень большая ёмкость. Ёмкость обычных конденсаторов, как правило, не превышает тысячных долей фарада.
КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР
Зарядим конденсатор от источника тока, в результате чего между его обкладками возникнет электрическое поле. Затем с помощью ключа замкнём конденсатор на катушку, состоящую из нескольких витков проволоки. Под действием электрического поля заряды начнут двигаться по виткам катушки, создавая в цепи ток. По мере разрядки конденсатора электрическое поле в нём будет ослабевать, а в катушке возникнет магнитное поле. В тот момент, когда конденсатор полностью разрядится, магнитное поле катушки будет самым сильным. Это означает, что энергия электрического поля конденсатора полностью перейдёт в энергию движущихся зарядов. Поскольку движущиеся заряды (электрический ток) порождают магнитное поле, то можно сказать, что совокупная кинетическая энергия этих зарядов и представляет собой энергию магнитного поля. Хотя в этот момент электрическое поле в конденсаторе отсутствует, заряды некоторое время будут двигаться в цепи в прежнем направлении по инерции. В результате конденсатор снова зарядится, но только на обкладке, где были положительные заряды, появятся отрицательные, а там, где были отрицательные заряды, окажутся положительные. Другими словами, конденсатор перезарядится, и ток на мгновение прекратится.
Далее явление повторится в обратном порядке: конденсатор начнёт разряжаться, энергия электрического поля будет преобразовываться в энергию магнитного поля, и катушка вновь перезарядит конденсатор. В последующий момент конденсатор опять будет разряжаться. Повторение процессов означает, что заряды в контуре будут совершать колебания, переходя с одной обкладки на другую. Если не пополнять извне заряды на обкладках конденсатора, то колебания зарядов в колебательном контуре довольно быстро затухнут. Это объясняется наличием сопротивления у проводников: при протекании тока проводники нагреваются, на что расходуется энергия контура. Таким образом, в колебательном контуре возникает переменный ток. Частота этого тока зависит от ёмкости конденсатора, от числа витков и размеров катушки. Если ёмкость конденсатора невелика, а катушка состоит из малого числа витков, то частота тока будет большой. При увеличении ёмкости конденсатора и числа витков у катушки частота колебаний будет уменьшаться.
Колебательный контур является основной частью устройства, называемого генератором высокой частоты. В свою очередь, генераторы высокой и сверхвысокой частоты являются неотъемлемой частью оборудования радио- и телестанций, станций, обслуживающих мобильную телефонную связь, в радиолокации и т. д.
Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Электромагнитные колебания».
Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).