Краткий конспект подготовки к ЗНО по физике №31 "Электромагнитные колебания (ЭМК). Трансформатор."

Определение. Электромагнитные колебания (ЭМК):1) Процесс периодического изменения и взаимопревращения энергий электрического и магнитного полей;2) Взаимосвязанные колебания вектора напряженности электрического поля и индукции магнитного поля;3) Периодические изменения напряжения и силы тока в электрической цепи.Замечание. Наиболее наглядно процесс ЭМК демонстрируется на принципе работы колебательного контура.Определение. Идеальный колебательный контур – цепь без учета активного сопротивления проводов, состоящая из катушки индуктивности и конденсатора, в которой могут возникнуть свободные ЭМК.

Определение. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре – это колебания, которые возникают и поддерживаются за счет энергии, которая однократно подается в колебательный контур. Замечания:1) Явление самоиндукции в катушке – причина поддержания процесса ЭМК; 2) Во время ЭМК периодически изменяются все электропараметры, которые характеризуют электромагнитное поле в контуре: u,q,i – мгновенные значения напряжения и заряда на конденсаторе и тока на катушке соответственно;3) Начало свободных ЭМК обычно связано с зарядкой конденсатора, который замыкается на катушку; 4) ЭМК подчиняются тем же гармоническим законам, что и рассмотренные ранее механические колебания. – формула Томсона (период колебаний в колебательном контуре), сПревращения энергии в колебательном контуре:1) t=0: на конденсаторе и ; на катушке и i=0;2) : на конденсаторе и u=0; на катушке и ;3) : на конденсаторе и ; на катушке и i=0; полярность зарядки конденсатора обратная;4) : на конденсаторе и u=0; на катушке и ; направление тока обратное;5) t=T: на конденсаторе и ; на катушке и i=0.

– закон сохранения полной энергии идеального колебательного контура – закон сохранения энергии идеального колебательного контура между ее максимальными значениямиГде – максимальное напряжение на конденсаторе, В – максимальная сила тока в катушке, А – закон гармонических колебаний напряжения на пластинах конденсатора – закон гармонических колебаний заряда на пластинах конденсатора – закон гармонических колебаний силы тока на катушкеОпределение. Вынужденные ЭМК – периодические изменения напряжения и силы тока в цепи под действием внешней периодически изменяющейся электродвижущей силы.Замечание. Как правило, внешними источниками ЭДС в электрических цепях являются генераторы переменного тока.Определение. Генератор переменного тока – электрическая машина, которая является источником тока с принципом действия, основанным на явлении электромагнитной индукции. В нем происходит преобразование механической энергии в электрическую. В простейшем случае генератор представлен замкнутой катушкой, которая вращается в постоянном магнитном поле (подробнее смотри в конспекте № 28).Определение. Электрический резонанс – явление резкого увеличения амплитуды колебаний силы тока, при совпадении собственной частоты колебаний контура с частотой внешней периодически изменяющейся ЭДС.Примеры применения электрического резонанса: настройка радиоприемника на определенную частоту электромагнитной волны, микротоковая медицинская терапия и пр.Замечание. Средние значения переменного тока называются действующими. – действующее значение силы переменного тока, А – действующее значение напряжения переменного тока, В

2. Трансформатор

Определение. Трансформатор – электромагнитное устройство для преобразования значений напряжения и силы тока в цепях переменного тока, обычно представляет собой две катушки (обмотки) одетые на один общий сердечник. Принцип работы основан на явлении электромагнитной индукции.

Замечание. Идеальный трансформатор – трансформатор, в котором сопротивлением обмоток можно пренебречь. – закон трансформации в идеальном трансформатореГде k –коэффициент трансформации, ед – напряжения соответственно в первичной и вторичной обмотках, В – силы тока соответственно в первичной и вторичной обмотках, А – количество витков соответственно в первичной и вторичной обмотках, едВиды трансформаторов:1) Понижающий: , ;2) Повышающий: , 1. – закон трансформации в реальном трансформатореГде – ЭДС соответственно в первичной и вторичной обмотках, В – КПД реального трансформатора, ед или %Замечание. КПД идеального трансформатора равно 100 % (или 1).Основные потери энергии в реальном трансформаторе:1) Нагрев обмоток;2) Токи Фуко, которые возникают вследствие явления электромагнитной индукции в сердечниках, усиливающих магнитное поле. Для борьбы с ними используют специальные слоистые сердечники;3) Трение перемагничивающихся пластин слоистого сердечника, что проявляется в виде гудения трансформатора.