Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса

Содержание

Введение. 2

Обязательный минимум содержания среднего полного образования образовательная область естествознание физика. 3

ЧО ₄ Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса. 4

Примеры решения задач. 44

Колебательное движение маятника. 50

График напряжения переменного тока. 61

Работа и мощность переменного тока. 71

Задание к выходному контролю.. 80

Список использованных источников. 82

Введение

В предыдущем пособии мы подробно познакомились с механическими колебаниями, электромагнитными свободными колебаниями и автоколебаниями. Теперь мы разберем вынужденные колебания. Свободные электромагнитные колебания в контуре быстро затухают и поэтому практически не используются. Напротив незатухающие вынужденные колебания имеют огромное значение. Как известно, сила тока в любой момент времени пропорциональна ЭДС источника тока (закон Ома для полной цепи). Если ЭДС источника тока не изменяется со временем и остаются неизменными параметры цепи, то через некоторое время после замыкания цепи изменения силы тока прекращается, в цепи течет постоянный ток.

Однако в современной технике широко применяется не только источники постоянного тока, но и различные генераторы электрического тока, в которых ЭДС периодически изменяется. При подключении в электрическую цепь  генератора переменной ЭДС в цепи возникают вынужденные электромагнитные колебания.

Вынужденные электромагнитные колебания – это периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника. Вынужденные электромагнитные колебания обеспечивают работу электрических двигателей в станках на заводах и фабриках, приводят в действие осветительные приборы в наших квартирах и на улице, холодильники и пылесосы, отопительные приборы и т. п.

Во всех этих примерах вынужденные электромагнитные колебания создаются генератором переменного тока, работающим на электростанции.

Обязательный минимум содержания среднего полного образования образовательная область естествознание физика

Изучить должны знать:

Понятия: переменный ток, действующее значение тока и напряжения, индуктивность и емкость в цепи переменного тока, устройство и принцип действия трансформатора

Научиться: объяснять природу переменного тока  и условия его возникновения, определять по графикам колебательного процесса, его основные параметры, объяснять параметры трехфазного тока

ЧО ₄ Вынужденные колебания. Переменный ток. Явление резонанса

Вынужденными колебаниями называются колебания, возникающие в колебательной системе под действием периодически изменяющейся внешней силы рисунок 1 или внешней переменной ЭДС. Например, вынужденные колебания совершают мембраны микрофона, корпуса работающих машин. Примером вынужденных колебаний являются колебания воздуха при полете самолета. Вынужденные колебания совершает груз, висящий на пружине, укрепленной на кривошипе (рисунок 2) при вращении вала. Вынуждающая сила или ЭДС могут изменяться по любому закону. Однако мы будем изучать только вынужденные колебания, которые возникают в колебательной системе под действием силы или ЭДС, изменяющихся по гармоническому закону:

    1 Частота вынужденных колебаний. Присоединим параллельно к питаемому переменным током от сети электромагниту, над полюсами которого установлена гибкая стальная пластина, неоновую лампочку (рисунок 3) и затемним аудиторию. Колеблющаяся стальная пластина в этом случае нам будет казаться неподвижной. Это происходит благодаря тому, что частота колебаний пластины и частота миганий лампы одинаковы, поэтому пластина освещается каждый раз в одном и том же положении.

Пластина будет казаться неподвижной также при изменении её длины, следовательно, её собственной частоты. Между тем, в этом опыте частота изменения силы, с которой электромагнит действует на стальную пластину, не меняется: она определяется частотой колебаний тока, которая в сети постоянна и равна 50Гц. Соберем установку, изображенную на (рисунке 4). Меняя частоту колебаний кулисы, убеждаемся, что меняется и частота колебаний груза  M. Из этого опыта может быть сделан вывод, что частота вынужденных колебаний определяется не собственной частотой колебательной системы, а частотой колебаний внешней (вынуждающей) силы, действующей на колебательную систему. Частота вынужденных колебаний всегда равна  частоте изменения вынуждающей силы.

			Колебательная  система

 

                       

                                                 

Это верно и для электрических колебаний. Подключим к генератору переменной частоты (например, к звуковому генератору) колебательный контур, параллельно которому присоединим осциллограф рисунок 5. Меняя частоту вынуждающего переменного напряжения, убеждаемся (по осциллограмме колебаний) в том, что меняется и частота колебаний в контуре. Осциллограмма колебаний свидетельствует и о том, что при гармоническом изменении внешнего вынуждающего напряжения вынужденные колебания в контуре являются гармоническими.