Авто колебания в электромагнитном колебательном контуре
Для поддержания незатухающих электромагнитных колебаний в контуре необходимо пополнять запасы энергии в нём. Это можно сделать, периодически подключая конденсатор контура к источнику постоянного тока.
Трудность заключается в том, что электрические колебания в контурах обычно происходят с большой частотой, и с такой же частотой конденсатор нужно подключать к источнику постоянного тока и отключать его, согласуя моменты подключений конденсатора к источнику с моментами появления на его обкладках зарядов, совпадающих по знаку со знаками полюсов подключаемого источника тока.
В качестве быстродействующего ключа может использоваться транзистор ( Пока на базу транзистора не подается сигнал, ток через него не проходит, конденсатор отключен от источника…При подаче на базу управляющего сигнала через транзистор протекает ток, и конденсатор заряжается от источника).
Для согласования моментов подключения колебательного контура к источнику постоянного тока с соответствующими моментами изменения напряжения на конденсаторе используется принцип обратной связи.
Катушка обратной связи подключена так, что при возрастании силы тока в цепи коллектора на базе оказывается потенциал, отпирающий транзистор, а при уменьшении коллекторного тока – потенциал, запирающий.
Это - положительная обратная связь.
Рассмотренный генератор незатухающих электромагнитных колебаний является примером автоколебательной системы.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.323-324)
Физическая модель волнового процесса
Способы передачи энергии и импульса между двумя точками пространства
Определение волнового процесса
Определение возмущения
Определение механической волны
Условия распространения механической волны
Определение скорости механической волны
Существует два фундаментальных способа передачи энергии и импульса между двумя точками пространства:
- непосредственное перемещение частиц из одной точки в другую
- перенос энергии без переноса вещества в результате последовательной передачи энергии и импульса по цепочке между соседними взаимодействующими друг с другом частицами среды. (Волновой процесс)
Волновой процесс – процесс переноса энергии без переноса вещества.
В результате внешнего воздействия на среду в ней возникает
возмущение – отклонение частиц среды от положения равновесия.
Механическая волна – возмущение, распространяющееся в упругой среде.
Наличие упругой среды – необходимое условие распространения механической волны.
Скорость механической волны – скорость распространения возмущения в среде.
Длина волны – расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника
λ = vT
v – скорость распространения волны
Т – период волны
При возникновении волн их частота определяется частотой колебаний источника, а скорость – средой, где они распространяются, поэтому волны одной частоты могут иметь в разных средах различную длину.
СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ
См. Механические волны (уч.10кл.стр.323-324)
ДЛИНА ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.329)
См. Периодические волны (уч.10кл.стр.329)
Определение длины волны (уч.10кл.стр.329)
v – скорость распространения волны (скорость распространения возмущения в среде)
При волне в газе или жидкости расстояние между областями наибольшего сжатия определяет длину волны.
ПОПЕРЕЧНЫЕ И ПРОДОЛЬНЫЕ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.324-328)
Определение механической волны(см.выше уч.10кл.стр.323-324)
Определение продольной волны. Примеры
Физическая модель продольной волны
Определение поперечной механической волны.
Физическая модель поперечной механической волны
Поперечные волны в газах и жидкостях
Отражение поперечных волн. Пример
Различают продольные и поперечные волны.
Продольная волна – волна, в которой движение частиц среды происходит в направлении распространения волны.
Пример – волна в пружине
Продольные волны могут распространяться в любой среде, в том числе в жидкости и газе.
Сжатие газа поршнем изменяет компоненту скорости молекул, направленную вдоль хода поршня. При последующих упругих столкновениях одинаковых молекул возмущение передается в среде.
Поперечная механическая волна – волна в которой частицы среды перемещаются перпендикулярно направлению распространения волны.
В твердом теле из-за сильной связи частиц между собой возможно возникновение поперечных волн.
Пример – сейсмические волны при землетрясении.
Первоначальное возмущение вдоль оси X начинает распространяться в виде поперечной волны по оси Y.
Поперечные волны в газах и жидкостях не возникают, так как в них отсутствует фиксированное положение частиц.
Поперечная волна в шнуре, дошедшая до точки крепления шнура, отражается. Форма отражения зависит от того, как закреплен шнур.
В случае жесткого крепления по третьему закону Ньютона на шнур будет действовать сила, противоположная силе, действующей со стороны шнура. Волна отразится в противофазе.
При подвижном закреплении конца шнура волна отразится в фазе с падающей волной.. Опускаясь вниз, свободно закрепленный конец, изменяет форму шнура, создавая отраженную волну, совпадающую по фазе с падающей.
УРАВНЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ(уч.10кл.стр.328-337)
Понятие периодической волны
Определение гармонической волны. Примеры
Определение длины и периода волны. Формула. Обозначение. Единицы измерения. (см.выше)
ДОБАВИТЬ ПРО ГАРМОНИЧЕСКУЮ ВОЛНУ И ЕЕ ФОРМУЛУ
Периодическое внешнее воздействие вызывает гармонические волны, если оно изменяется по закону синуса или косинуса.
Гармоническая волна – волна, порождаемая гармоническими колебаниями частиц среды.
При гармонических колебаниях физическая величина изменяется со временем по закону синуса или косинуса с определенным периодом Т или частотой ν.
Области сжатия соответствуют гребням волн.
Области разряжения – впадинам волн.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН (уч.10кл.стр.330-331)
Физическая модель поляризации
Определение поляризации волны
Определение плоскости поляризации волны
Определение линейно-поляризованной механической волны
Пример опытов с волной и щелью
Колебания частиц среды могут происходить либо в произвольных направлениях, либо во вполне определенных. Соответственно волны распространяются в этих направлениях.
В случае упорядоченных колебаний возникает явление поляризации.
Поляризация – упорядоченность направления колебаний частиц среды в волне.
Плоскость поляризации – плоскость, в которой колеблются частицы среды в волне.
Линейно-поляризованная механическая волна – волна, частицы которой колеблются вдоль определенного направления.
Для выделения волны определенной поляризации используют специальное устройство – поляризатор.
Простейшим поляризаторов является щель. Такой поляризатор не пропускает волну, поляризованную в перпендикулярной щели плоскости XZ:
СТОЯЧИЕ ВОЛНЫ (уч.10кл.стр.332-337)
Процесс образования стоячих волн
Определение стоячей волны
Определение пучностей стоячей волны
Определение узлов стоячей волны
Понятие моды колебаний. Пример струны
Гармоники, обертоны
Стоячая волна – волна, образующаяся в результате наложения двух гармонических волн, распространяющихся навстречу друг другу и имеющих одинаковый период, амплитуду и поляризацию. (частоту и амплитуду)
Пример – наложение падающей и отраженной волн на шнуре. Энергия не переносится вдоль шнура, а лишь трансформируется в поперечном направлении из потенциальной в кинетическую и наоборот.
В стоячей волне все точка колеблются с одинаковой фазой. Их амплитуды колебаний изменяются периодически от точки к точке.
Пучности стоячей волны – положения точек, имеющих максимальную амплитуду колебаний.
Узлы стоячей волны – не перемещающиеся точки волны, амплитуда которых равна нулю.
Расстояние между соседними узлами стоячей волны одинаково и равно половине длины волны внешнего гармонического воздействия.
Для шнура, закрепленного с одного конца, расстояние между узлами стоячей волны не зависит от длины шнура.
Если закрепить оба концы шнура, то отражение волн происходит с обоих концов. В этом случае расстояние между узлами стоячей волны зависит лишь от длины шнура.
(Считаем, что внешняя сила воздействует с левого закрепленного конца шнура)
Дважды отраженная волна может усилить внешнее воздействие, если достигнет правого края шнура через промежуток, кратный периоду внешнего воздействия
= Tn (n =1,2,3,…)
Таким образов в шнуре будут поддерживаться только такие гармонические колебания, длина волны которых связана с длиной шнура l соотношением:
= n (n = 1,2,3,…)
На длине струны, закрепленной на концах, укладывается целое число n полуволн поперечных стоячих волн.
Такие волны, называемые модами собственных колебаний, могут длительно поддерживаться в струне.
Волны других частот не усиливают внешнее воздействие при отражении от концов струны и потому быстро затухают в результате потерь энергии на трение.
Частота собственных колебаний струны (ν = 1/t = v/λ ) связана с ее длиной соотношением:
= n (n = 1,2,3,…) ; ν = 1/t = v/λ Þ νn = n (n = 1,2,3,…)
Мода колебаний, соответствующая n = 1, называется первой гармоникой собственных колебаний или основной модой.
Для произвольного n >1 соответствующая мода называется n-й гармоникой или n-м обертоном.
ЗВУК(уч.10кл.стр.338-344)
Определение звука
Физика распространения звуковой волны и ее восприятия
Примеры ультразвуковой локации в природе
Условия распространения звуковых волн
Скорость звука в различных средах
Высота звука
Тембра звука
Громкость звука
Болевой порог
Интенсивность звука. Единицы измерения
Уровень интенсивности звука. Формула. Обозначение. Децибел
Звуковые волны – упругие волны в среде, вызывающие у человека слуховые ощущения.
Слуховые ощущения у человека вызывают волны в диапазоне 16 Гц- 20 кГц
Звуковые волны являются продольными.
Скорость звука зависит, как и скорость любых волн, от среды.
В воздухе скорость звука 331 м/с, в воде – 1500 м/с, в стали – 6000 м/с.
Инфразвук – упругая волна с частотой менее 16 Гц
Ультразвук – упругая волна с частотой более 20 кГц
Акустика – область физики, изучающая звук.
Частота собственных колебаний связана с длиной волны (см.выше)
νn = n (n = 1,2,3,…), поэтому инфразвуковые волны, имеющие малую частоту, вызываются источниками, размеры которых значительны.
Необходимым условием распространения звуковых волн является наличие упругой среды.
В вакууму звуковые волны не распространяются (там нет частиц передающих возмущение от источника колебаний)
Скорость распространения звуковых волн определяется скоростью передачи взаимодействия между частицами упругой среды.
В газе скорость звука оказывается порядка (точнее – чуть меньше) тепловой скорости движения молекул.
В воздухе при температуре 20оС скорость звука 343 м/с
Чем больше потенциальная энергия взаимодействия молекул вещества, тем больше скорость звука.
Поэтому скорость звука в твердом теле, как правило, превышает скорость звука в газе.
В твердом теле, где могут распространяться как поперечные так и продольные волны, скорость их распространения различна.
В морской воде скорость звука 1513 м/с
Традиционными физиологическими характеристиками воспринимаемого звука являются:
- высота
- тембр
- громкость
Высота звука определяется частотой источника звуковых колебаний. Чем больше частота колебаний, тем выше звук.
Тембр звука определяется формой звуковых колебаний. Различие формы колебаний, имеющих одинаковый период, связано с разной относительной амплитудой моды и обертонов.
Громкость звука определяется давлением в звуковой волне и зависит от амплитуды колебаний в звуковой волне.
Порог слышимости – минимальное изменение давления, которое может фиксироваться человеческим ухом.
При частоте 1 кГц порог слышимости составляет 10-5Па (10-10атм)
Болевой порог – максимальное изменение давления, которое еще в состоянии фиксировать человеческое ухо без болевых ощущений.
Болевой порог соответствует давлению 10Па (10-4атм)
На практике громкость звука характеризуется уровнем интенсивности звука.
Интенсивность звука – отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности.
Единица интенсивности звука – Вт/м2
Порог слышимости соответствует интенсивности звука I0 = 10-12 Вт/м2
Болевой порог соответствует интенсивности звука Iбп = 1 Вт/м2
Уровень интенсивности звука – десятичный логарифм отношения двух интенсивностей звука.
Единица измерения – Б (Белл, в честь ученого Белла)
k = lg
На практике в качестве уровня интенсивности звука принимается величина, в 10 раз большая:
β = 10 lg
Единица измерения – дБ (децибел)
Уровень интенсивности 120 дБ является болевым порогом.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Мгновенное значение – значение в данный момент времени
Фаза колебаний – аргумент функции, описывающей гармонические колебания.
Напряжение и ток на резисторе совпадают по фазе в любой момент времени.
Действующее значение силы переменного тока – равно силе постоянного тока, выделяющего в проводнике такое же количество теплоты, что и переменный ток, за один и тот же промежуток времени.
Если переменный ток изменяется по гармоническому закону, в качестве промежутка времени выбирают период изменения тока.
Действующее (эффективное) значение силы переменного гармонического тока в меньше его амплитуды.
Iд =
Изменяющееся со временем электрическое поле является источником магнитного поля.
Магнитоэлектрическая индукция – явление возникновения магнитного поля в переменном электрическом поле.
Активное сопротивление – сопротивление элемента электрической цепи, в котором электрическая энергия необратимо преобразуется во внутреннюю (тепловую)
Реактивное сопротивление – элемент цепи, для которого средняя мощность переменного тока равна нулю.
Емкостное сопротивление – реактивное сопротивление конденсатора.
Индуктивное сопротивление – реактивное сопротивление катушки.
На активном сопротивлении ток и напряжение совпадают по фазе.
На индуктивном сопротивлении фаза напряжения «опережает» ток на π/2
На емкостном сопротивлении фаза тока «опережает» напряжение на π/2
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 Томпсона:
Т = 2π
Полное сопротивление колебательного контура переменному току:
Z =
Резонанс в колебательном контуре – физическое явление резкого возрастания амплитуды колебаний силы тока в контуре при совпадении частоты вынужденных колебаний с частотой собственных колебаний в контуре.
Резонансная кривая – график зависимости амплитуды вынужденных колебаний силы тока от частоты приложенного к контуру напряжения.
В полупроводниках существует два механизма собственной проводимости – электронная и дырочная.
Электромагнитная волна – возмущение электромагнитного поля, распространяющееся в пространстве со скоростью света.
Электромагнитная волна является поперечной. Направления векторов напряженности электрического поля и индукции магнитного поля перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны
Излучение электромагнитных волн возникает при ускоренном движении электрических зарядов.
Плотность энергии электромагнитного поля в вакууме пропорциональна квадрату напряженности электрического поля:
wэм = ε0E2
ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума
Уравнение бегущей гармонической волны напряженности электрического поля, распространяющейся в положительном направлении оси Х со скоростью v:
E = E0 sin [ w (t - ) ]
Длина волны – расстояние, на которое распространяется волна за период колебаний ее источника:
Плоскополяризованная (или линейнополяризованная) электромагнитная волна – волна, в которой вектор Е колеблется только в одном направлении, перпендикулярном направлению распространения волны.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54
