Bolig og fellestjenester 

Presentasjon om emnet oscillerende krets. Elektromagnetiske vibrasjoner












Tilbake fremover

Merk følgende! Lysbildeforhåndsvisningen er kun til informasjonsformål og representerer kanskje ikke hele omfanget av presentasjonen. Hvis du er interessert i dette arbeidet, last ned fullversjonen.

Leksjonens mål:

  • pedagogisk: introduser begrepene: "elektromagnetiske oscillasjoner", "oscillerende krets"; å vise universaliteten til de grunnleggende regelmessighetene til oscillerende prosesser for svingninger av enhver fysisk natur; vise at svingninger i en ideell krets er harmoniske; avsløre den fysiske betydningen av vibrasjonsegenskapene;
  • utvikle seg: utvikling av kognitive interesser, intellektuelle og kreative evner i prosessen med å tilegne seg kunnskap og ferdigheter i fysikk ved å bruke ulike informasjonskilder, inkludert moderne midler informasjonsteknologier; dannelse av ferdigheter for å vurdere påliteligheten til naturvitenskapelig informasjon;
  • pedagogisk: utdanning av overbevisning i muligheten til å kjenne naturens lover; å bruke fysikkens prestasjoner til fordel for utviklingen av menneskelig sivilisasjon; behovet for samarbeid i prosessen med felles gjennomføring av oppgaver, beredskap for en moralsk og etisk vurdering av bruken av vitenskapelige prestasjoner, en følelse av ansvar for å beskytte miljøet.

I løpet av timene

I. Organisatorisk øyeblikk.

I dagens leksjon begynner vi å studere et nytt kapittel i læreboken og temaet for dagens leksjon er «Elektromagnetiske oscillasjoner. oscillerende krets".

II. Sjekker lekser.

La oss starte leksjonen med å sjekke leksene våre.

Lysbilde 2. Prøve for repetisjon av bestått stoff og forløpet til 10. klasse.

Du ble bedt om å svare på spørsmål om diagrammet vist i figuren.

1. I hvilken posisjon av SA2-nøkkelen vil neonlampen blinke når SA1-nøkkelen åpnes?

2. Hvorfor blinker ikke neonlampen når SA1-nøkkelen er lukket, uansett hvilken posisjon SA2-bryteren er i?

Testen kjøres på en datamaskin. En av elevene er i mellomtiden i gang med å sette sammen kretsen.

Svar. Neonlampen blinker i den andre posisjonen til bryteren SA2: etter å ha åpnet nøkkelen SA1, på grunn av selvinduksjonsfenomenet, flyter en strøm som synker til null i spolen, et vekslende magnetfelt eksiteres rundt spolen, og genererer en virvel elektrisk felt, som i kort tid støtter bevegelsen av elektroner i spolen. I den øvre delen av kretsen vil en kortvarig strøm flyte gjennom den andre dioden (den er koblet i foroverretningen). Som et resultat av selvinduksjon i spolen, når kretsen åpnes, vil det oppstå en potensiell forskjell i endene (EMF for selvinduksjon), tilstrekkelig til å opprettholde gassutslipp i lampen.

Når nøkkelen SA1 er lukket (nøkkelen SA2 er i posisjon 1), er ikke likestrømkildespenningen nok til å opprettholde gassutladningen i lampen, så den lyser ikke.

La oss sjekke om antakelsene dine stemmer. Den foreslåtte ordningen er satt sammen. La oss se hva som skjer med neonlampen når nøkkelen SA1 lukkes og åpnes i forskjellige posisjoner av bryteren SA2.

(Testen er satt sammen i programmet MyTest. Poengsummen settes av programmet).

Fil for å starte MyTest-programmet (plassert i mappen med presentasjonen)

Test. (Kjør MyTest-programmet, åpne "Test"-filen, trykk på F5-tasten for å starte testen)

III. Lære nytt stoff.

Lysbilde 3. Problemstilling: La oss huske hva vi vet om mekaniske vibrasjoner? (Konseptet med frie og tvungne svingninger, selvsvingninger, resonans osv.) I elektriske kretser, så vel som i mekaniske systemer, for eksempel en belastning på en fjær eller en pendel, kan frie svingninger forekomme. I dagens leksjon begynner vi å studere slike systemer. Temaet for dagens leksjon: «Elektromagnetiske oscillasjoner. oscillerende krets".

Leksjonens mål

  • la oss introdusere konseptene: "elektromagnetiske oscillasjoner", "oscillerende krets";
  • vi vil vise universaliteten til de grunnleggende regelmessighetene til oscillerende prosesser for svingninger av enhver fysisk natur;
  • vi vil vise at oscillasjoner i en ideell krets er harmoniske;
  • La oss avsløre den fysiske betydningen av oscillasjonsegenskapene.

La oss først huske hvilke egenskaper et system må ha for at frie oscillasjoner skal oppstå i det.

(I et oscillerende system må det oppstå en gjenopprettingskraft og energi omdannes fra en form til en annen; friksjonen i systemet må være tilstrekkelig liten.)

I elektriske kretser, så vel som i mekaniske systemer, som en vekt på en fjær eller en pendel, kan det oppstå frie svingninger.

Hvilke svingninger kalles frie oscillasjoner?(svingninger som oppstår i systemet etter å ha fjernet det fra likevektsposisjonen) Hvilke svingninger kalles tvangssvingninger? (oscillasjoner som oppstår under påvirkning av en ekstern, periodisk skiftende EMF)

Periodiske eller nesten periodiske endringer i ladning, strøm og spenning kalles elektromagnetiske oscillasjoner.

lysbilde 4. Etter at de oppfant Leiden-krukken og lærte å gi den en stor ladning ved hjelp av en elektrostatisk maskin, begynte de å studere den elektriske utladningen av krukken. Ved å lukke platene til Leyden-krukken med en trådspole fant de ut at ståleikene inne i spolen var magnetisert, men det var umulig å forutsi hvilken ende av spolekjernen som ville være nordpolen og hvilken sør som var umulig. En betydelig rolle i teorien om elektromagnetiske oscillasjoner ble spilt av den tyske forskeren på 1800-tallet HELMHOLTZ Hermann Ludwig Ferdinand. Han kalles den første legen blant vitenskapsmenn og den første vitenskapsmannen blant leger. Han studerte fysikk, matematikk, fysiologi, anatomi og psykologi, og oppnådde verdensanerkjennelse på hvert av disse områdene. Helmholtz gjorde oppmerksom på den oscillerende karakteren av utladningen av Leiden-krukken og viste i 1869 at lignende svingninger forekommer i en induksjonsspole koblet til en kondensator (dvs. i hovedsak skapte han en oscillerende krets bestående av en induktans og en kapasitans). Disse eksperimentene spilte en viktig rolle i utviklingen av teorien om elektromagnetisme.

lysbilde 4. Vanligvis forekommer elektromagnetiske oscillasjoner ved en veldig høy frekvens, mye høyere enn frekvensen av mekaniske svingninger. Derfor er et elektronisk oscilloskop veldig praktisk for deres observasjon og forskning. (Demonstrasjon av enheten. Prinsippet for dens handling på animasjonen.)

lysbilde 4. For tiden har digitale oscilloskop erstattet elektroniske oscilloskop. Han vil fortelle oss om prinsippene for deres handling ...

Lysbilde 5. Oscilloskop animasjon

lysbilde 6. Men tilbake til elektromagnetiske svingninger. Det enkleste elektriske systemet som fritt kan oscillere er en serie RLC-krets. En oscillerende krets er en elektrisk krets som består av en seriekoblet kondensator med elektrisk kapasitet C, en induktor L og elektrisk motstand R. Vi vil kalle den en serie RLC-krets.

Fysisk eksperiment. Vi har en krets, diagrammet som er vist i figur 1. La oss feste et galvanometer til spolen. La oss observere oppførselen til galvanometernålen etter å ha flyttet bryteren fra posisjon 1 til posisjon 2. Du merker at pilen begynner å svinge, men disse svingningene dør snart ut. Alle reelle kretser inneholder en elektrisk motstand R. For hver svingeperiode blir en del av den elektromagnetiske energien som er lagret i kretsen omdannet til Joule-varme, og svingningene dempes. En graf over dempede svingninger vurderes.

Hvordan oppstår frie vibrasjoner i en oscillerende krets?

Tenk på tilfellet når motstanden R=0 (ideell oscillerende kretsmodell). Hvilke prosesser foregår i en oscillerende krets?

Lysbilde 7. Animasjon "Oscillation contour".

lysbilde 8. La oss gå videre til den kvantitative teorien om prosesser i en oscillerende krets.

Tenk på en seriell RLC-krets. Når bryteren K er i posisjon 1, lades kondensatoren til spenning. Etter å ha byttet nøkkelen til posisjon 2, starter prosessen med å lade ut kondensatoren gjennom motstanden R og induktoren L. Under visse forhold kan denne prosessen være oscillerende.

Ohms lov for en lukket RLC-krets som ikke inneholder en ekstern strømkilde skrives som

hvor er spenningen på kondensatoren, q er ladningen til kondensatoren, - strøm i kretsen. På høyre side av dette forholdet er EMF for selvinduksjonen til spolen. Hvis vi velger kondensatorladningen q(t) som en variabel, kan ligningen som beskriver frie oscillasjoner i RLC-kretsen reduseres til følgende form:

Tenk på tilfellet når det ikke er tap av elektromagnetisk energi i kretsen (R = 0). La oss introdusere notasjonen: . Deretter

(*)

Ligning (*) er den grunnleggende ligningen som beskriver frie oscillasjoner i en LC-krets (ideell oscillasjonskrets) i fravær av demping. I utseende sammenfaller det nøyaktig med ligningen av frie vibrasjoner av en belastning på en fjær eller gjenge i fravær av friksjonskrefter.

Vi skrev denne ligningen da vi studerte emnet "Mekaniske vibrasjoner".

I fravær av demping er frie oscillasjoner i den elektriske kretsen harmoniske, det vil si at de oppstår i henhold til loven

q(t) = q m cos( 0 t + 0).

Hvorfor? (Siden dette er den eneste funksjonen, hvis andrederiverte er lik selve funksjonen. I tillegg er cos0 =1, som betyr q(0)=q m)

Amplituden til ladningssvingningene q m og startfasen 0 bestemmes av startforholdene, det vil si av måten systemet ble brakt ut av likevekt på. Spesielt for oscillasjonsprosessen, som vil begynne i kretsen vist i figur 1, etter å ha byttet nøkkelen K til posisjon 2, q m = C, 0 = 0.

Da vil ligningen for harmoniske ladningssvingninger for vår krets ta formen

q(t) = q m cos 0 t .

Strømstyrken lager også harmoniske svingninger:

lysbilde 9. Hvor er amplituden til strømsvingninger. Svingninger i strøm er foran i fase av ladningssvingninger.

Med frie oscillasjoner blir den elektriske energien W e som er lagret i kondensatoren periodisk omdannet til magnetisk energi W m av spolen og omvendt. Hvis det ikke er energitap i den oscillerende kretsen, forblir den totale elektromagnetiske energien til systemet uendret:

lysbilde 9. Parametrene L og C til oscillerende krets bestemmer bare egenfrekvensen til frie oscillasjoner

.

Med tanke på det får vi .

lysbilde 9. Formel kalt Thomson-formelen, den engelske fysikeren William Thomson (Lord Kelvin), som avledet den i 1853.

Åpenbart avhenger perioden med elektromagnetiske oscillasjoner av induktansen til spolen L og kapasitansen til kondensatoren C. Vi har en spole, hvis induktans kan økes med en jernkjerne, og en variabel kondensator. La oss først huske hvordan du kan endre kapasitansen til en slik kondensator. Husk at dette er klasse 10 kursmateriell.

Den variable kondensatoren består av to sett med metallplater. Når håndtaket roteres, går platene til det ene settet inn i hullene mellom platene til det andre settet. I dette tilfellet endres kapasitansen til kondensatoren proporsjonalt med endringen i området til den overlappende delen av platene. Hvis platene er koblet parallelt, vil vi ved å øke arealet til platene øke kapasitansen til hver av kondensatorene, noe som betyr at kapasitansen til hele kondensatorbanken vil øke. Når kondensatorer er koblet i serie i et batteri, medfører en økning i kapasitansen til hver kondensator en reduksjon i kapasitansen til kondensatorbanken.

La oss se hvordan perioden med elektromagnetiske oscillasjoner avhenger av kapasitansen til kondensatoren C og induktansen til spolen L.

lysbilde 9. Animasjon "Avhengighet av perioden med elektromagnetiske oscillasjoner på L og C"

lysbilde 10. La oss nå sammenligne de elektriske svingningene og oscillasjonene til en last på en fjær. Åpne side 85 i læreboken, figur 4.5.

Figuren viser grafene for endringen i ladningen q (t) til kondensatoren og forskyvningen x (t) av lasten fra likevektsposisjonen, samt grafene for strømmen I (t) og hastigheten til laste v(t) for en periode T av svingninger.

Du har en tabell på tabellene dine som vi fylte ut da vi studerte emnet "Mekaniske vibrasjoner". Vedlegg 2

En linje i denne tabellen er fylt ut. Bruk figur 2, avsnitt 29 i læreboken og figur 4.5 på side 85 i læreboken, fyll ut de resterende radene i tabellen.

Hvordan er prosessene med frie elektriske og mekaniske svingninger like? La oss se følgende animasjon.

Lysbilde 11. Animasjon "En analogi mellom elektriske og mekaniske vibrasjoner"

De oppnådde sammenligningene av frie oscillasjoner av en last på en fjær og prosesser i en elektrisk oscillerende krets lar oss konkludere med at det er en analogi mellom elektriske og mekaniske størrelser.

lysbilde 12. Disse analogiene er presentert i tabellen. Vedlegg 3

Du har den samme tabellen på bordene og i læreboken på side 86.

Så vi har vurdert den teoretiske delen. Forsto du alt? Kanskje noen har spørsmål?

La oss nå gå videre til problemløsning.

IV. Fizkultminutka.

V. Konsolidering av det studerte materialet.

Problemløsning:

  1. oppgaver 1, 2, oppgaver i del A nr. 1, 6, 8 (muntlig);
  2. oppgave nr. 957 (svar 5,1 μH), nr. 958 (svaret vil reduseres med 1,25 ganger) (ved tavlen);
  3. oppgave i del B (muntlig);
  4. oppgave nummer 1 i del C (ved tavlen).

Oppgavene er hentet fra oppgavesamlingen for 10.-11.trinn av A.P. Rymkevich og applikasjoner 10. Vedlegg 4

VI. Speilbilde.

Elevene fyller ut et reflekterende kart.

VII. Oppsummering av leksjonen.

Ble målene for leksjonen nådd? Oppsummering av leksjonen. Vurdering av studenter.

VIII. Hjemmelekse.

Avsnitt 27 - 30, nr. 959, 960, gjenstående oppgaver fra vedlegg 10.

Litteratur:

  1. Multimediefysikkkurs «Open Physics» versjon 2.6, redigert av MIPT Professor S.M. Geit.
  2. Oppgavebok 10-11 klasse. A.P. Rymkevich, Moskva "Enlightenment", 2012.
  3. Fysikk. Lærebok for klasse 11 utdanningsinstitusjoner. G.Ya.Myakishev, B.B. Bukhovtsev, V.M. Charugin. Moskva "Enlightenment", 2011.
  4. Elektronisk tillegg til læreboken av G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtseva, V.M. Charugin. Moskva "Enlightenment", 2011.
  5. Elektromagnetisk induksjon. Kvalitative (logiske) problemer. 11. klasse, fysikk- og matematikkprofil. CM. Novikov. Moskva "Chiste Prudy", 2007. Bibliotek "Første september". Serien "Fysikk". Utgave 1 (13).
  6. http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S. Hvis det ikke er mulig å gi hver elev en datamaskin, kan prøven gjøres skriftlig.


Det er svingninger

mekanisk, elektromagnetisk, kjemisk, termodynamisk

og diverse andre. Til tross for dette mangfoldet har de alle mye til felles.


  • Et magnetfelt

generert av elektrisk strøm

den viktigste fysiske egenskapen er magnetisk induksjon

  • Elektrisk felt

genererer c i ladning

viktigste fysiske egenskap

feltstyrke


  • er periodiske eller nesten periodiske endringer som har ansvaret q, strøm Jeg og stress U .

Typer oscillerende

systemer

Matematisk

pendel

vår

pendel


Typer oscillerende

systemer

Matematisk

pendel

vår

pendel

oscillerende

Krets

Oppsett av støtdemperen


Skjematisk fremstilling av typer oscillerende systemer

Matematisk pendel

Fjærpendel



  • dette er det enkleste systemet der elektromagnetiske oscillasjoner kan oppstå, bestående av en kondensator og en spole festet til platene.

Av arten av prosessene som forårsaker oscillerende bevegelser

Typer oscillerende

bevegelser

Gratis

Tvunget

Det oscillerende systemet overlates til seg selv, dempede svingninger oppstår på grunn av den initiale energireserven.

Svingninger oppstår på grunn av ytre, periodisk skiftende krefter.


  • Frie oscillasjoner kalles oscillasjoner i systemet som oppstår etter å ha fjernet det fra en likevektstilstand.
  • Tvungede oscillasjoner kalles oscillasjoner i kretsen under påvirkning av en ekstern periodisk EMF.
  • For å bringe systemet ut av likevekt, er det nødvendig å gi en ekstra ladning til kondensatoren.
  • Opprinnelsen til EMF: elektronene som beveger seg sammen med lederne til rammen påvirkes av en kraft fra magnetfeltet, noe som forårsaker en endring i den magnetiske fluksen og følgelig induksjonens EMF.

for observasjon og forskning er det best egnede instrumentet elektronisk oscilloskop


OSCILLOSKOP

(fra lat. oscillo - jeg svinger og "teller"), måler

instrument for å observere forholdet mellom to

eller flere raskt skiftende mengder

(elektrisk eller konvertert til elektrisk)

De vanligste katodestråleoscilloskopene

der elektriske signaler

proporsjonal med endringen i de studerte mengdene,

gå inn i avbøyningsplatene

oscilloskop rør;

på skjermen til røret de observerer eller

fotografi grafikk

avhengighetsbilde.


L- INDUKTANS COILS, gn


C- ELEKTRISK KAPASITET kondensator, F


LADER

KONDENSATOR

W- elektrisk feltenergi, J


Kondensatorutladning: energien til det elektriske feltet avtar, men samtidig øker energien til strømmens magnetiske felt.

  • W=Li²/2 -

magnetisk feltenergi, J

i- vekselstrøm, A


Den totale energien til det elektromagnetiske feltet til kretsen er lik summen av energiene til de magnetiske og elektriske feltene.

W = L i 2 / 2 + q 2 / 2С



W el W m W el

Energikonvertering i en oscillerende krets

q 2 /2 C \u003d q 2 /2 C + Li 2 /2 \u003d Li 2 /2


I ekte oscillerende kretser

det er alltid aktiv motstand,

som bestemmer

demping av svingninger.



Mekaniske og elektromagnetiske oscillasjoner og oscillerende systemer

mekaniske og elektromagnetiske svingninger følger nøyaktig de samme kvantitative lovene


I tillegg til mekaniske vibrasjoner i naturen er det

elektromagnetiske vibrasjoner.

De finner sted i

oscillerende krets.

Det består av

spoler og kondensatorer.

  • Hvilke transformasjoner finner sted i kretsen

energitransformasjoner



  • §27-28,
  • abstrakt i notatbøker,
  • gjenta mekaniske vibrasjoner: definisjoner og fysiske størrelser som karakteriserer vibrasjoner.

For å bruke forhåndsvisningen av presentasjoner, opprett en Google-konto (konto) og logg på: https://accounts.google.com


Bildetekster:

Oscillerende krets. Elektromagnetiske vibrasjoner. Prinsippet for radiokommunikasjon og TV Leksjon #51

Elektromagnetiske oscillasjoner er periodiske endringer over tid i elektriske og magnetiske størrelser (ladning, strøm, spenning, intensitet, magnetisk induksjon osv.) i en elektrisk krets. Som du vet, for å lage en kraftig elektromagnetisk bølge som kan registreres av enheter i store avstander fra en strålende antenne, er det nødvendig at bølgefrekvensen ikke er mindre enn 0,1 MHz.

En av hoveddelene av generatoren er en oscillerende krets - dette er et oscillerende system som består av spoler koblet i serie med en induktans L, en kondensator med en kapasitans C og en motstand med en motstand R.

Etter at de fant opp Leiden-krukken (den første kondensatoren) og lærte å gi den en stor ladning ved hjelp av en elektrostatisk maskin, begynte de å studere den elektriske utladningen av glasset. Ved å lukke foringen av Leyden-krukken ved hjelp av en spole, fant vi ut at ståleikene inne i spolen var magnetisert. Det merkelige var at det var umulig å forutsi hvilken ende av spolens kjerne som ville være nordpolen, og hvilken sør. Det ble ikke umiddelbart forstått at når en kondensator utlades gjennom en spole, oppstår oscillasjoner i den elektriske kretsen.

Perioden med frie oscillasjoner er lik den naturlige perioden til oscillerende systemet, i dette tilfellet kretsens periode. Formelen for å bestemme perioden med frie elektromagnetiske oscillasjoner ble oppnådd av den engelske fysikeren William Thomson i 1853.

Popov-senderkretsen er ganske enkel - det er en oscillerende krets, som består av en induktans (sekundær vikling av spolen), et drevet batteri og en kapasitans (gnistgap). Hvis du trykker på tasten, hopper en gnist i gnistgapet til spolen, og forårsaker elektromagnetiske oscillasjoner i antennen. Antennen er en åpen vibrator og sender ut elektromagnetiske bølger, som, etter å ha nådd antennen til mottaksstasjonen, eksiterer elektriske oscillasjoner i den.

For å registrere de mottatte bølgene brukte Alexander Stepanovich Popov en spesiell enhet - en koherer (fra det latinske ordet "koherens" - clutch), bestående av et glassrør som inneholder metallspåner. Den 24. mars 1896 ble de første ordene overført ved hjelp av morsekode – «Heinrich Hertz».

Selv om moderne radiomottakere har svært liten likhet med Popovs mottaker, er de grunnleggende prinsippene for driften de samme.

Hovedkonklusjoner: - En oscillerende krets er et oscillerende system som består av en spole, en kondensator og aktiv motstand koblet i serie. – Frie elektromagnetiske oscillasjoner er svingninger som oppstår i en ideell oscillerende krets på grunn av energiforbruket som kommuniseres til denne kretsen, som ikke blir etterfylt i fremtiden. – Perioden med frie elektromagnetiske oscillasjoner kan beregnes ved å bruke Thomson-formelen. - Fra denne formelen følger det at perioden til den oscillerende kretsen bestemmes av parametrene til dens bestanddeler: induktansen til spolen og kapasitansen til kondensatoren. Radiokommunikasjon er prosessen med å overføre og motta informasjon ved hjelp av elektromagnetiske bølger. – Amplitudemodulasjon er prosessen med å endre amplituden til høyfrekvente oscillasjoner med en frekvens som er lik frekvensen til lydsignalet. – Prosessen invers til modulasjon kalles deteksjon.

"Frie oscillasjoner" - Kontinuerlige svingninger. Frie elektromagnetiske oscillasjoner. Hvor i og q er strømstyrken og elektrisk ladning når som helst. I henhold til loven om elektromagnetisk induksjon: Den totale elektromagnetiske energien til oscillerende krets. Antall svingninger per tidsenhet kalles oscillasjonsfrekvensen: Total energi.

"Mekanisk resonans" - 1. Kjede av den egyptiske broen i St. Petersburg. Resonans i teknologi. 3. Mexico by 1985 Tacoma hengebro. Positiv resonansverdi Frekvensmåler. 2. Statens utdanningsinstitusjon Gymnasium nr. 363 i Frunzensky-distriktet. Mekanisk reed frekvensmåler - en enhet for å måle frekvensen av vibrasjoner.

"Frekvens av vibrasjoner" - Lydbølger. La oss tenke???? Infralyd brukes i militære anliggender, fiske osv. Kan lyd forplante seg i gasser, væsker, faste stoffer? Hva bestemmer lydvolumet? Hva bestemmer tonehøyden til en lyd? Lydhastighet. Ultralyd. I dette tilfellet er svingningene til lydkilden åpenbare.

"Mekaniske vibrasjoner" - Tverrgående. Graf av en fjærpendel. oscillerende bevegelse. Gratis. Langsgående. "Vibrasjoner og bølger". Harmonisk. Gratis vibrasjoner. Bølger - forplantning av vibrasjoner i rommet over tid. Fullført av: elev av klasse 11 "A" Oleinikova Julia. Tvungede vibrasjoner. Bølger. Matematisk pendel.