Formula căii este formula vieții Viața este o călătorie către cel mai necunoscut colț din întreaga lume - pe tine însuți. Nimeni nu le cunoaște limitele. Și sunt destul de sigur că nu există. Nu știu ce voi lua cu mine pe drum, ce voi refuza, ce nu voi observa, ce voi plânge, voi râde, ce voi regreta. eu

Tipul de lecție: o lectie de cunoastere initiala a materialului si aplicație practică cunoștințe și abilități.

Durata lecției: 45 de minute.

Obiective:

Didactic – generalizarea și sistematizarea cunoștințelor despre procesele fizice care au loc într-un circuit oscilator electromagnetic

crearea condițiilor pentru asimilarea de material nou, folosind metode de predare active

educational eu– să arate natura universală a teoriei oscilațiilor;

Educational – dezvoltarea proceselor cognitive ale elevilor, pe baza aplicației metodă științifică cunoștințe: similaritate și modelare; prognozarea situației; să dezvolte la şcolari metode de prelucrare eficientă informatii educationale, continuă formarea comunicativului competențe.

Educational – să continue formarea de idei despre relația dintre fenomenele naturale și o singură imagine fizică a lumii

Obiectivele lecției:

1. Educational

ü formulați dependența perioadei circuitului oscilator de caracteristicile acestuia: capacitatea și inductanța

ü să studieze tehnicile de rezolvare a problemelor tipice pe „circuit oscilator”

2. Educational

ü continua formarea deprinderilor de a compara fenomene, de a trage concluzii si generalizari pe baza experimentului

ü se lucrează la formarea deprinderilor de analiză a proprietăților și fenomenelor pe baza cunoștințelor.

3. Hrănitorii

ü să arate semnificația faptelor experimentale și a experimentului în viața umană.

ü dezvăluie semnificaţia acumulării de fapte şi clarificări ale acestora în cunoaşterea fenomenelor.

ü să familiarizeze elevii cu relaţia şi condiţionalitatea fenomenelor din lumea înconjurătoare.

TCO:calculator, proiector, IAD

Pregătirea preliminară:

- fise de evaluare individuale - 24 bucati

- foi de traseu (colorate) - 4 bucati

Harta tehnologică a lecției:

Formula Thomson:

Perioada oscilațiilor electromagnetice într-un circuit oscilator ideal (adică într-un astfel de circuit în care nu există pierderi de energie) depinde de inductanța bobinei și de capacitatea condensatorului și se găsește conform formulei obținute pentru prima dată în 1853 de către Omul de știință englez William Thomson:

Frecvența este legată de perioadă printr-o dependență invers proporțională ν = 1/Т.

Pentru aplicații practice, este important să se obțină neamortizat oscilații electromagnetice, iar pentru aceasta este necesară completarea circuitului oscilator cu energie electrică pentru a compensa pierderile.

Pentru a obține oscilații electromagnetice neamortizate, se folosește un generator de oscilații neamortizate, care este un exemplu de sistem auto-oscilant.

Vezi mai jos „Vibrații electrice forțate”

OSCILAȚII ELECTROMAGNETICE LIBERE ÎN CIRCUIT

CONVERSIUNEA ENERGIEI ÎN CIRCUIT OSCILANT

Vezi mai sus „Circuit de oscilație”

FRECVENTA NATURALA IN BUCLA

Vezi mai sus „Circuit de oscilație”

OSCILAȚII ELECTRICE FORȚATE

ADĂUGAȚI EXEMPLE DE DIAGRAMĂ

Dacă într-un circuit care include inductanța L și capacitatea C, condensatorul este într-un fel încărcat (de exemplu, prin conectarea scurtă a unei surse de alimentare), atunci vor apărea oscilații periodice amortizate în el:

u = Umax sin(ω0t + φ) e-αt

ω0 = (frecvența naturală de oscilație a circuitului)

Pentru a asigura oscilații neamortizate, generatorul trebuie să includă în mod necesar un element capabil să conecteze în timp circuitul la sursa de alimentare - o cheie sau un amplificator.

Pentru ca această cheie sau amplificator să se deschidă doar la momentul potrivit, este necesar Părere de la circuit la intrarea de control a amplificatorului.

Un generator de tensiune sinusoidal de tip LC trebuie să aibă trei componente principale:

circuit rezonant

Amplificator sau cheie (pe un tub cu vid, tranzistor sau alt element)

Părere

Luați în considerare funcționarea unui astfel de generator.

Dacă condensatorul C este încărcat și este reîncărcat prin inductanța L în așa fel încât curentul din circuit să circule în sens invers acelor de ceasornic, atunci e apare în înfășurarea care are o legătură inductivă cu circuitul. d.s., blocând tranzistorul T. Circuitul este deconectat de la sursa de alimentare.

În următoarea jumătate de ciclu, când are loc încărcarea inversă a condensatorului, este indusă o fem în înfășurarea cuplajului. de alt semn și tranzistorul se deschide ușor, curentul de la sursa de alimentare trece în circuit, reîncărcând condensatorul.

Dacă cantitatea de energie furnizată circuitului este mai mică decât pierderile din acesta, procesul va începe să se degradeze, deși mai lent decât în ​​absența unui amplificator.

Cu aceeași reaprovizionare și consum de energie, oscilațiile sunt neamortizate, iar dacă completarea circuitului depășește pierderile din acesta, atunci oscilațiile devin divergente.

Următoarea metodă este de obicei utilizată pentru a crea un caracter neamortizat al oscilațiilor: la amplitudini mici ale oscilațiilor în circuit, este furnizat un astfel de curent de colector al tranzistorului în care reaprovizionarea cu energie depășește consumul acestuia. Ca urmare, amplitudinile oscilației cresc și curentul colectorului atinge valoarea curentului de saturație. O creștere suplimentară a curentului de bază nu duce la o creștere a curentului colectorului și, prin urmare, creșterea amplitudinii oscilației se oprește.

CURENTUL ELECTRIC AC

GENERATOR AC (clasa ac.11. p.131)

EMF al unui cadru care se rotește în câmp

Alternator.

Într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic constant, se generează un câmp electric, apare un EMF de inducție.

Elementul principal al generatorului este un cadru care se rotește într-un câmp magnetic de către un motor mecanic extern.

Să găsim EMF indus într-un cadru de dimensiunea a x b, care se rotește cu o frecvență unghiulară ω într-un câmp magnetic cu inducție B.

Fie în poziția inițială unghiul α dintre vectorul de inducție magnetică B și vectorul aria cadrului S zero. În această poziție, nu are loc separarea sarcinii.

În jumătatea dreaptă a cadrului, vectorul viteză este co-direcționat către vectorul de inducție, iar în jumătatea stângă este opus acestuia. Prin urmare, forța Lorentz care acționează asupra sarcinilor din cadru este zero

Când cadrul este rotit cu un unghi de 90o, sarcinile sunt separate în părțile laterale ale cadrului sub acțiunea forței Lorentz. În părțile laterale ale cadrului 1 și 3, apare aceeași fem de inducție:

εi1 = εi3 = υBb

Separarea sarcinilor în laturile 2 și 4 este nesemnificativă și, prin urmare, FEM de inducție care apare în ele poate fi neglijată.

Ținând cont de faptul că υ = ω a/2, EMF total indus în cadru:

εi = 2 εi1 = ωB∆S

EMF indus în cadru poate fi găsit din legea lui Faraday a inducției electromagnetice. Fluxul magnetic prin zona cadrului rotativ se modifică cu timpul, în funcție de unghiul de rotație φ = wt dintre liniile de inducție magnetică și vectorul zonă.

Când bucla se rotește cu o frecvență n, unghiul j se modifică conform legii j = 2πnt, iar expresia fluxului ia forma:

Φ = BDS cos(wt) = BDS cos(2πnt)

Conform legii lui Faraday, modificările fluxului magnetic creează o FEM de inducție egală cu minus rata de modificare a fluxului:

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

unde εmax = wBDS este EMF maxim indus în cadru

Prin urmare, modificarea EMF de inducție se va produce conform unei legi armonice.

Dacă, cu ajutorul inelelor colectoare și al periilor care alunecă de-a lungul lor, conectăm capetele bobinei cu un circuit electric, atunci sub acțiunea EMF de inducție, care se modifică în timp conform unei legi armonice, oscilațiile electrice forțate ale puterea curentului - curent alternativ - va apărea în circuitul electric.

În practică, un EMF sinusoidal este excitat nu prin rotirea unei bobine într-un câmp magnetic, ci prin rotirea unui magnet sau electromagnet (rotor) în interiorul statorului - înfășurări staționare înfășurate pe miezuri de oțel.

Mergi la pagina:

Lecţia nr. 48-169 Circuit oscilator. Oscilații electromagnetice libere. Conversia energiei într-un circuit oscilator. formula Thompson.fluctuatii- miscari sau stari care se repeta in timp.vibratii electromagnetice -Acestea sunt vibrații electrice șicâmpuri magnetice care rezistăcondus de schimbări periodicesarcină, curent și tensiune. Un circuit oscilator este un sistem format dintr-un inductor și un condensator(Fig. a). Dacă condensatorul este încărcat și închis la bobină, atunci curentul va curge prin bobină (Fig. b). Când condensatorul este descărcat, curentul din circuit nu se va opri din cauza auto-inducției în bobină. Curentul de inducție, în conformitate cu regula Lenz, va curge în aceeași direcție și va reîncărca condensatorul (Fig. c). Curentul în această direcție se va opri, iar procesul se va repeta în direcția opusă (Fig. G).

În acest fel, în ezitarecircuitdyat oscilații electromagneticedatorită conversiei energieicâmp electric condensra( W e =
) în energia câmpului magnetic al bobinei cu curent(W M =
), si invers.

Oscilații armonice – modificări periodice cantitate fizicaîn funcţie de timp, apărând conform legii sinusului sau cosinusului.

Ecuația care descrie oscilațiile electromagnetice libere ia forma

q "= - ω 0 2 q (q" este derivata a doua.

Principalele caracteristici ale mișcării oscilatorii:

Perioada de oscilație este perioada minimă de timp T, după care procesul se repetă complet.

Amplitudinea oscilațiilor armonice - modul cea mai mare valoare cantitate fluctuantă.

Cunoscând perioada, puteți determina frecvența oscilațiilor, adică numărul de oscilații pe unitatea de timp, de exemplu, pe secundă. Dacă o oscilație are loc în timpul T, atunci numărul de oscilații în 1 s ν se determină după cum urmează: ν = 1/T.

Reamintim că în Sistemul Internațional de Unități (SI), frecvența de oscilație este egală cu unu dacă are loc o oscilație în 1 s. Unitatea de frecvență se numește hertz (abreviat ca Hz) după fizicianul german Heinrich Hertz.

După o perioadă de timp egală cu perioada T, adică, pe măsură ce argumentul cosinus crește cu ω 0 T, valoarea sarcinii se repetă și cosinusul ia aceeași valoare. Din cursul de matematică se știe că cea mai mică perioadă a cosinusului este 2n. Prin urmare, ω 0 T=2π, de unde ω 0 = =2πν Astfel, cantitatea ω 0 - acesta este numărul de oscilații, dar nu pentru 1 s, ci pentru 2n s. Se numeste ciclic sau frecventa circulara.

Frecvență vibratii libere numit frecvența naturală a vibrațieisisteme. Adesea, în cele ce urmează, pentru concizie, ne vom referi la frecvența ciclică pur și simplu ca frecvență. Distingeți frecvența ciclică ω 0 pe frecvența ν este posibilă prin notație.

Prin analogie cu solutia ecuație diferențială pentru un sistem oscilator mecanic frecvența ciclică a electricității liberefluctuatii este: ω 0 =

Perioada oscilaţiilor libere în circuit este egală cu: T= =2π
- Formula Thomson.

Faza de oscilație (de la cuvânt grecesc faza - apariția, stadiul de dezvoltare a unui fenomen) - valoarea lui φ, care se află sub semnul cosinus sau sinus. Faza este exprimată în unități unghiulare - radiani. Faza determină în orice moment starea sistemului oscilator la o amplitudine dată.

Oscilațiile cu aceleași amplitudini și frecvențe pot diferi unele de altele în faze.

Din moment ce ω 0 = , atunci φ= ω 0 T=2π. Raportul arată ce parte a perioadei a trecut din momentul în care au început oscilațiile. Orice valoare a timpului exprimată în fracțiuni de perioadă corespunde unei valori de fază exprimată în radiani. Deci, după timpul t= (sfert de perioadă) φ= , după jumătate din perioada φ \u003d π, după întreaga perioadă φ \u003d 2π etc. Puteți reprezenta un grafic dependența

încărcați nu din timp, ci din fază. Figura prezintă aceeași undă cosinus ca cea anterioară, dar reprezentată pe axa orizontală în loc de timp

diferite valori de fază φ.

Corespondența dintre mărimile mecanice și electrice în procesele oscilatorii

Mărimi mecanice

942(932). Sarcina inițială raportată la condensatorul circuitului oscilator a fost redusă de 2 ori. De câte ori s-au modificat: a) amplitudinea tensiunii; b) amplitudinea curentului;

c) energia totală a câmpului electric al condensatorului și camp magnetic bobine?

943(933). Cu o creștere a tensiunii la condensatorul circuitului oscilator cu 20 V, amplitudinea intensității curentului a crescut de 2 ori. Găsiți stresul inițial.

945(935). Circuitul oscilator este format dintr-un condensator cu o capacitate de C = 400 pF și o bobină de inductanță L = 10 mH. Aflați amplitudinea oscilațiilor curente I t , dacă amplitudinea fluctuaţiilor de tensiune U t = 500 V.

952(942). După ce oră (în fracțiuni de perioadă t / T) pe condensatorul circuitului oscilator va exista pentru prima dată o sarcină egală cu jumătate din valoarea amplitudinii?

957(947). Ce bobină de inductanță ar trebui inclusă în circuitul oscilator pentru a obține o frecvență de oscilație liberă de 10 MHz cu o capacitate a condensatorului de 50 pF?

Circuit oscilator. Perioada oscilațiilor libere.

1. După ce condensatorul circuitului oscilator a fost încărcat q \u003d 10 -5 C, au apărut oscilații amortizate în circuit. Câtă căldură va fi eliberată în circuit în momentul în care oscilațiile din acesta sunt complet amortizate? Capacitatea condensatorului C \u003d 0,01 μF.

2. Circuitul oscilator constă dintr-un condensator de 400nF și un inductor de 9µH. Care este perioada naturală de oscilație a circuitului?

3. Ce inductanță ar trebui inclusă în circuitul oscilator pentru a obține o perioadă naturală de oscilație de 2∙ 10 -6 s cu o capacitate de 100pF.

4. Comparați ratele de primăvară k1/k2 a două pendule cu greutăţi de 200g, respectiv 400g, dacă perioadele oscilaţiilor lor sunt egale.

5. Sub acțiunea unei sarcini suspendate nemișcate pe arc, alungirea acestuia a fost de 6,4 cm. Apoi sarcina a fost trasă și eliberată, drept urmare a început să oscileze. Determinați perioada acestor oscilații.

6. O sarcină a fost suspendată de arc, a fost scoasă din echilibru și eliberată. Sarcina a început să oscileze cu o perioadă de 0,5 s. Determinați alungirea arcului după oprirea oscilației. Masa arcului este ignorată.

Întrebări de examen:

1. Care dintre următoarele expresii determină perioada de oscilații libere într-un circuit oscilator? DAR.; B.
; LA.
; G.
; D. 2.

2. Care dintre următoarele expresii determină frecvența ciclică a oscilațiilor libere într-un circuit oscilator? A. B.
LA.
G.
D. 2π

3. Figura prezintă un grafic al dependenței coordonatei X a unui corp care efectuează oscilații armonice de-a lungul axei x în timp. Care este perioada de oscilație a corpului?

4. Figura arată profilul undei la un anumit moment în timp. Care este lungimea lui?

5. Figura prezintă un grafic al dependenței curentului prin bobina circuitului oscilator în timp. Care este perioada de oscilație a curentului? A. 0,4 s. B. 0,3 s. B. 0,2 s. D. 0,1 s.

E. Printre răspunsurile A-D, nu există unul corect.

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

7. Oscilațiile electrice din circuitul oscilator sunt date de ecuație q \u003d 10 -2 ∙ cos 20t (C).

Care este amplitudinea oscilațiilor sarcinii?

DAR . 10 -2 Cl. B.cos 20t Cl. B.20t Cl. D.20 Cl. E. Printre răspunsurile A-D, nu există unul corect.

8. Când vibratii armonice de-a lungul axei OX, coordonatele corpului se modifică conform legii X=0,2cos(5t+ ). Care este amplitudinea vibrațiilor corpului?

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

9. Frecvența de oscilație a sursei de undă 0,2 s -1 viteza de propagare a undei 10 m/s. Care este lungimea de undă? A. 0,02 m. B. 2 m. C. 50 m.

D. În funcție de starea problemei, este imposibil să se determine lungimea de undă. E. Printre răspunsurile A-D, nu există unul corect.

10. Lungime de unda 40 m, viteza de propagare 20 m/s. Care este frecvența de oscilație a sursei de undă?

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

D. În funcție de starea problemei, este imposibil să se determine frecvența de oscilație a sursei de undă.

E. Printre răspunsurile A-D, nu există unul corect.

3