Formula puta je formula života Život je putovanje u najnepoznatiji kutak na cijelom svijetu - Sebe. Nitko ne zna svoje granice. A prilično sam siguran da ih nema. Ne znam što ću ponijeti sa sobom na put, što ću odbiti, što neću primijetiti, zbog čega ću plakati, smijati se, kajati se. ja

Vrsta lekcije: sat početnog upoznavanja s gradivom i praktična aplikacija znanja i vještina.

Trajanje lekcije: 45 minuta.

Ciljevi:

Didaktički – generalizirati i usustaviti znanja o fizikalnim procesima koji se odvijaju u elektromagnetskom oscilatornom krugu

stvoriti uvjete za asimilaciju novog materijala, koristeći aktivne metode poučavanja

obrazovni ja– pokazati univerzalnost teorije oscilacija;

Edukativni – razvijati kognitivne procese učenika, na temelju primjene znanstvena metoda poznavanje: sličnosti i modeliranja; predviđanje situacije; razviti kod školaraca metode učinkovite obrade obrazovne informacije, nastaviti formiranje komunikativnih kompetencije.

Edukativni – nastaviti formiranje predodžbi o odnosu prirodnih pojava i jedinstvene fizičke slike svijeta

Ciljevi lekcije:

1. Edukativni

ü formulirati ovisnost razdoblja oscilatornog kruga o njegovim karakteristikama: kapacitet i induktivitet

ü proučavati tehnike rješavanja tipičnih problema na "oscilatornom krugu"

2. Edukativni

ü nastaviti s formiranjem vještina uspoređivanja pojava, izvođenja zaključaka i generalizacija na temelju pokusa

ü raditi na formiranju sposobnosti analize svojstava i pojava na temelju znanja.

3. Hranitelji

ü pokazati značaj pokusnih činjenica i pokusa u ljudskom životu.

ü otkriti značaj gomilanja činjenica i njihova razjašnjavanja u spoznaji pojava.

ü upoznati učenike s odnosom i uvjetovanošću pojava okolnog svijeta.

TCO:računalo, projektor, IAD

Preliminarna priprema:

- pojedinačni ocjenjivački listići - 24 kom

- trase (u boji) - 4 komada

Tehnološka karta lekcije:

Thomsonova formula:

Period elektromagnetskih oscilacija u idealnom titrajnom krugu (tj. u takvom krugu u kojem nema gubitka energije) ovisi o induktivitetu zavojnice i kapacitetu kondenzatora i nalazi se prema formuli koju je prvi put dobio 1853. Engleski znanstvenik William Thomson:

Frekvencija je povezana s periodom obrnuto proporcionalnom ovisnošću ν = 1/T.

Za praktične primjene, važno je dobiti neprigušeni elektromagnetske oscilacije, a za to je potrebno nadopuniti oscilatorni krug električnom energijom kako bi se nadoknadili gubici.

Za dobivanje neprigušenih elektromagnetskih oscilacija koristi se generator neprigušenih oscilacija, koji je primjer samooscilirajućeg sustava.

Vidi ispod "Prisilne električne vibracije"

SLOBODNE ELEKTROMAGNETSKE OSCILACIJE U KRUGU

PRETVORBA ENERGIJE U OSCILACIJSKOM KRUGU

Vidi gore "Oscilacijski krug"

PRIRODNA FREKVENCIJA U PETLJI

Vidi gore "Oscilacijski krug"

PRISILNE ELEKTRIČNE OSCILACIJE

DODAJTE PRIMJERE DIJAGRAMA

Ako se u krugu koji uključuje induktivitet L i kapacitet C kondenzator nekako napuni (na primjer, kratkim spajanjem izvora napajanja), tada će se u njemu pojaviti periodične prigušene oscilacije:

u = Umax sin(ω0t + φ) e-αt

ω0 = (prirodna frekvencija oscilacija kruga)

Kako bi se osigurale neprigušene oscilacije, generator mora nužno uključivati ​​element koji može na vrijeme spojiti krug na izvor napajanja - ključ ili pojačalo.

Da bi se ovaj ključ ili pojačalo otvorilo samo u pravo vrijeme, potrebno je Povratne informacije od kruga do upravljačkog ulaza pojačala.

Generator sinusnog napona tipa LC mora imati tri glavne komponente:

rezonantni krug

Pojačalo ili ključ (na vakuumskoj cijevi, tranzistoru ili drugom elementu)

Povratne informacije

Razmotrite rad takvog generatora.

Ako se kondenzator C napuni i ponovno napuni kroz induktivitet L na način da struja u krugu teče u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, tada se u namotu koji ima induktivnu vezu sa krugom javlja e. d.s., blokirajući tranzistor T. Strujni krug je odspojen od izvora napajanja.

U sljedećem poluciklusu, kada dođe do obrnutog naboja kondenzatora, u spojnom namotu se inducira emf. drugog predznaka i tranzistor se malo otvori, struja iz izvora napajanja prolazi u krug, ponovno puneći kondenzator.

Ako je količina energije koja se dovodi u krug manja od gubitaka u njemu, proces će početi propadati, iako sporije nego u nedostatku pojačala.

Uz isto punjenje i utrošak energije, oscilacije su neprigušene, a ako nadopunjavanje kruga premašuje gubitke u njemu, tada oscilacije postaju divergentne.

Za stvaranje neprigušenog karaktera oscilacija obično se koristi sljedeća metoda: pri malim amplitudama oscilacija u krugu osigurava se takva kolektorska struja tranzistora u kojoj nadopunjavanje energije premašuje njegovu potrošnju. Kao rezultat toga, amplitude oscilacija se povećavaju i struja kolektora doseže vrijednost struje zasićenja. Daljnje povećanje struje baze ne dovodi do povećanja struje kolektora, pa stoga prestaje povećanje amplitude oscilacija.

IZMJENIČNA ELEKTRIČNA STRUJA

IZMJENIČNI GENERATOR (ac.11 klasa. str.131)

EMF okvira koji rotira u polju

Alternator.

U vodiču koji se kreće u konstantnom magnetskom polju stvara se električno polje, javlja se EMF indukcije.

Glavni element generatora je okvir koji rotira u magnetskom polju pomoću vanjskog mehaničkog motora.

Nađimo EMF induciran u okviru veličine a x b koji rotira s kutnom frekvencijom ω u magnetskom polju s indukcijom B.

Neka je u početnom položaju kut α između vektora magnetske indukcije B i vektora površine okvira S nula. U ovom položaju ne dolazi do razdvajanja naboja.

U desnoj polovici okvira vektor brzine je suusmjeren vektoru indukcije, au lijevoj polovici mu je suprotan. Stoga je Lorentzova sila koja djeluje na naboje u okviru jednaka nuli

Pri zakretanju okvira za kut od 90o dolazi do razdvajanja naboja u stranicama okvira pod djelovanjem Lorentzove sile. Na stranama okvira 1 i 3 pojavljuje se ista indukcijska emf:

εi1 = εi3 = υBb

Razdvajanje naboja na stranama 2 i 4 je beznačajno, pa se indukcijska emf koja nastaje u njima može zanemariti.

Uzimajući u obzir činjenicu da je υ = ω a/2, ukupni EMF induciran u okviru:

εi = 2 εi1 = ωB∆S

EMF induciran u okviru može se pronaći iz Faradayeva zakona elektromagnetske indukcije. Magnetski tok kroz područje rotirajućeg okvira mijenja se s vremenom ovisno o kutu rotacije φ = wt između linija magnetske indukcije i vektora površine.

Kada se petlja okreće frekvencijom n, kut j se mijenja prema zakonu j = 2πnt, a izraz za protok ima oblik:

Φ = BDS cos(wt) = BDS cos(2πnt)

Prema Faradayevom zakonu, promjene magnetskog toka stvaraju indukcijsku emf jednaku minus brzina promjene toka:

εi = - dΦ/dt = -Φ’ = BSω sin(ωt) = εmax sin(wt) .

gdje je εmax = wBDS najveći EMF izazvan u okviru

Stoga će se promjena EMF indukcije dogoditi prema harmonijskom zakonu.

Ako uz pomoć kliznih prstenova i četkica koje klize duž njih spojimo krajeve zavojnice s električnim krugom, tada pod djelovanjem indukcijskog EMF-a, koji se tijekom vremena mijenja prema harmonijskom zakonu, nastaju prisilne električne oscilacije u električnom krugu će se pojaviti jakost struje – izmjenična struja.

U praksi se sinusoidni EMF ne pobuđuje rotiranjem zavojnice u magnetskom polju, već rotiranjem magneta ili elektromagneta (rotora) unutar statora - stacionarnih namota namotanih na čelične jezgre.

Idi na stranicu:

Lekcija br. 48-169 Oscilatorni krug. Slobodne elektromagnetske oscilacije. Pretvorba energije u oscilatornom krugu. Thompson formula.fluktuacije- pokreti ili stanja koja se ponavljaju u vremenu.Elektromagnetske vibracije -To su vibracije električnih imagnetska polja koja se odupirupotaknute periodičnom promjenomnaboj, struja i napon. Oscilatorni krug je sustav koji se sastoji od induktora i kondenzatora(slika a). Ako je kondenzator napunjen i zatvoren na zavojnicu, struja će teći kroz zavojnicu (slika b). Kad se kondenzator isprazni, struja u krugu neće prestati zbog samoindukcije u zavojnici. Indukcijska struja, u skladu s Lenzovim pravilom, teći će u istom smjeru i ponovno puniti kondenzator (slika c). Struja u tom smjeru će prestati, a proces će se ponoviti u suprotnom smjeru (Sl. G).

Na ovaj način, u oklijevanjustrujni krugdyat elektromagnetske oscilacijezbog pretvorbe energijeelektrično polje kondenzatra( W e =
) u energiju magnetskog polja zavojnice sa strujom(W M =
), i obrnuto.

Harmonijske oscilacije – periodične promjene fizička količina ovisno o vremenu, odvija se prema zakonu sinusa ili kosinusa.

Jednadžba koja opisuje slobodne elektromagnetske oscilacije ima oblik

q "= - ω 0 2 q (q" je druga derivacija.

Glavne karakteristike oscilatornog gibanja:

Period titranja je minimalni vremenski period T, nakon kojeg se proces potpuno ponavlja.

Amplituda harmonijskih oscilacija - modul najveća vrijednost fluktuirajući iznos.

Poznavajući razdoblje, možete odrediti frekvenciju oscilacija, odnosno broj oscilacija po jedinici vremena, na primjer, u sekundi. Ako se jedan titraj dogodi u vremenu T, tada se broj oscilacija u 1 s ν određuje na sljedeći način: ν = 1/T.

Podsjetimo se da je u Međunarodnom sustavu jedinica (SI) frekvencija titranja jednaka jedinici ako se jedan titraj dogodi u 1 s. Jedinica za frekvenciju zove se hertz (skraćeno Hz) po njemačkom fizičaru Heinrichu Hertzu.

Nakon vremenskog razdoblja jednakog razdoblju T, tj. kako se argument kosinusa povećava za ω 0 T, vrijednost naboja se ponavlja i kosinus uzima istu vrijednost. Iz tečaja matematike poznato je da je najmanji period kosinusa 2n. Prema tome, ω 0 T=2π, odakle ω 0 = =2πν Dakle, veličina ω 0 - ovo je broj oscilacija, ali ne za 1 s, već za 2n s. To se zove ciklički ili kružna frekvencija.

Frekvencija slobodnih vibracija nazvao prirodna frekvencija vibracijskogsustava.Često ćemo u nastavku, radi sažetosti, cikličku frekvenciju nazivati ​​jednostavno frekvencijom. Razlikovati cikličku frekvenciju ω 0 na frekvenciji ν moguće je zapisom.

Po analogiji s rješenjem diferencijalna jednadžba za mehanički oscilatorni sustav ciklička frekvencija slobodnih električnihfluktuacije je: ω 0 =

Period slobodnih oscilacija u kolu jednak je: T= =2π
- Thomsonova formula.

Faza oscilacije (od grčka riječ phasis - pojava, stupanj razvoja neke pojave) - vrijednost φ, koja je pod predznakom kosinusa ili sinusa. Faza se izražava u kutnim jedinicama – radijanima. Faza određuje stanje oscilatornog sustava pri zadanoj amplitudi u bilo kojem trenutku.

Oscilacije s istim amplitudama i frekvencijama mogu se međusobno razlikovati u fazama.

Budući da je ω 0 = , tada je φ= ω 0 T=2π. Omjer pokazuje koji je dio perioda prošao od trenutka početka oscilacija. Bilo koja vrijednost vremena izražena u dijelovima perioda odgovara faznoj vrijednosti izraženoj u radijanima. Dakle, nakon vremena t= (kvartalni period) φ= , nakon polovice perioda φ \u003d π, nakon cijelog perioda φ \u003d 2π, itd. Možete nacrtati ovisnost

naplatiti ne od vremena, nego od faze. Slika prikazuje isti kosinusni val kao prethodni, ali iscrtan na vodoravnoj osi umjesto vremena

različite fazne vrijednosti φ.

Podudarnost mehaničkih i električnih veličina u oscilatornim procesima

Mehaničke veličine

942(932). Početni naboj prijavljen kondenzatoru oscilatornog kruga smanjen je 2 puta. Koliko su se puta promijenili: a) amplituda napona; b) amplituda struje;

c) ukupna energija električnog polja kondenzatora i magnetsko polje zavojnice?

943(933). S povećanjem napona na kondenzatoru oscilatornog kruga za 20 V, amplituda jakosti struje povećala se 2 puta. Pronađite početni stres.

945(935). Oscilatorni krug sastoji se od kondenzatora kapaciteta C = 400 pF i svitka induktiviteta. L = 10 mH. Odredite amplitudu strujnih oscilacija I t , ako je amplituda kolebanja napona U t = 500 V.

952(942). Nakon kojeg vremena (u dijelovima razdoblja t / T) hoće li se na kondenzatoru titrajnog kruga prvi put pojaviti naboj jednak polovici vrijednosti amplitude?

957(947). Koju zavojnicu induktiviteta treba uključiti u titrajni krug da bi se dobila frekvencija slobodnog titranja od 10 MHz uz kapacitet kondenzatora od 50 pF?

Oscilatorni krug. Period slobodnih oscilacija.

1. Nakon što se kondenzator titrajnog kruga napunio q \u003d 10 -5 C, u krugu su se pojavile prigušene oscilacije. Koliko će se topline osloboditi u strujnom krugu do trenutka kada se titraji u njemu potpuno priguše? Kapacitet kondenzatora C \u003d 0,01 μF.

2. Oscilatorni krug sastoji se od kondenzatora od 400nF i induktora od 9µH. Koliki je prirodni titrajni period kruga?

3. Koliki induktivitet treba uključiti u oscilatorni krug da bi se dobio period vlastitog titranja od 2∙ 10 -6 s s kapacitetom od 100pF.

4. Usporedite opružne stope k1/k2 dvaju njihala s utezima 200g, odnosno 400g, ako su im periodi titranja jednaki.

5. Pod djelovanjem tereta koji nepomično visi na opruzi njezino je produljenje bilo 6,4 cm. Zatim je teret povučen i otpušten, uslijed čega je počeo oscilirati. Odredite period tih oscilacija.

6. Teret je obješen na oprugu, izbačen je iz ravnoteže i pušten. Teret je počeo oscilirati s periodom od 0,5 s. Odredi produljenje opruge nakon prestanka titranja. Masa opruge se zanemaruje.

Ispitna pitanja:

1. Koji od sljedećih izraza određuje period slobodnih oscilacija u oscilatornom krugu? ALI.; B.
; NA.
; G.
; D. 2.

2. Koji od sljedećih izraza određuje cikličku frekvenciju slobodnih oscilacija u oscilatornom krugu? A. B.
NA.
G.
D. 2π

3. Na slici je prikazan graf ovisnosti koordinate X tijela koje izvodi harmonijske oscilacije duž osi x o vremenu. Koliki je period titranja tijela?

4. Slika prikazuje profil vala u određenom trenutku. Kolika mu je duljina?

5. Na slici je prikazan graf ovisnosti struje kroz zavojnicu titrajnog kruga o vremenu. Koliki je period titranja struje? A. 0,4 s. B. 0,3 s. B. 0,2 s. D. 0,1 s.

E. Među odgovorima A-D nema točnog.

A. 0,2 m. B. 0,4 m. C. 4 m. D. 8 m. D. 12 m.

7. Električne oscilacije u titrajnom krugu dane su jednadžbom q \u003d 10 -2 ∙ cos 20t (C).

Kolika je amplituda oscilacija naboja?

ALI . 10 -2 Cl. B.cos 20t Cl. B.20t Cl. D.20 Cl. E. Među odgovorima A-D nema točnog.

8. Kada harmonijske vibracije duž osi OX mijenja se koordinata tijela po zakonu X=0,2cos(5t+ ). Kolika je amplituda titraja tijela?

A. Xm; B. 0,2 m; C. cos(5t+) m; (5t+)m; D.m

9. Frekvencija titranja izvora vala 0,2 s -1 brzina širenja vala 10 m/s. Kolika je valna duljina? A. 0,02 m. B. 2 m. C. 50 m.

D. Prema uvjetu zadatka nemoguće je odrediti valnu duljinu. E. Među odgovorima A-D nema točnog.

10. Valna duljina 40 m, brzina širenja 20 m/s. Kolika je frekvencija titranja izvora vala?

A. 0,5 s -1 . B. 2 s -1 . V. 800 s -1 .

D. Prema uvjetu zadatka nemoguće je odrediti frekvenciju titranja izvora vala.

E. Među odgovorima A-D nema točnog.

3