Prezentarea circuitului oscilator care recepţionează oscilaţii electromagnetice. Circuit oscilator. III. Învățarea de materiale noi

Oscilațiile sunt

mecanice, electromagnetice, chimice, termodinamice

si diverse altele. În ciuda unei asemenea varietăți, toate au multe în comun.

Un câmp magnetic

generate de curent electric

principala caracteristică fizică este inducția magnetică

Câmp electric

generează cu i încărcare

caracteristica fizica principala-

intensitatea câmpului

acestea sunt schimbări periodice sau aproape periodice în sarcina q, puterea curentă eu si tensiune U .

Tipuri oscilatorii

sisteme

Matematic

pendul

Încărcat cu primăvară

pendul

Tipuri oscilatorii

sisteme

Matematic

pendul

Încărcat cu primăvară

pendul

Oscilatoare

Circuit

Schema de funcționare a amortizoarelor

Reprezentarea schematică a tipurilor de sisteme oscilatorii

Pendul matematic

Pendul de primăvară

aceasta este cel mai simplu sistem, în care pot apărea oscilații electromagnetice, constând dintr-un condensator și o bobină atașată plăcilor sale.

După natura proceselor care provoacă mişcări oscilatorii

Tipuri oscilatorii

circulaţie

Liber

Forţat

Sistemul oscilator este lăsat singur, apar oscilații amortizate datorită aprovizionării inițiale cu energie.

Oscilațiile apar din cauza forțelor externe, care se schimbă periodic.

Vibrațiile libere sunt vibrațiile dintr-un sistem care apar după ce acesta este scos din echilibru.

Oscilațiile forțate se numesc oscilații într-un circuit sub influența unui EMF periodic extern.

Pentru a scoate sistemul din echilibru, este necesar să se imprime o sarcină suplimentară condensatorului.

Originea EMF: electronii care se deplasează împreună cu conductorii cadrului sunt afectați de o forță din partea câmpului magnetic, care provoacă o modificare a fluxului magnetic și, în consecință, a EMF de inducție.

pentru observare si cercetare, cel mai potrivit aparat este osciloscop electronic

OSCILOSCOP

(din lat. oscillo - leagăn și „graf”), măsurare

dispozitiv de observare a relaţiei dintre doi

sau mai multe cantități care se schimbă rapid

(electric sau transformat în electric)

Cele mai comune osciloscoape cu raze catodice

în care semnale electrice,

proporțional cu modificarea cantităților studiate,

mergeți la plăcile deflectoare

tub osciloscop;

pe ecranul tubului observă sau

fotografie grafică

imaginea dependenței.

L - INDUCTANŢĂ BOBINE, Domnul.

C - CAPACITATE ELECTRICA CONDENSATOR, F

ÎNCĂRCĂTOR

CONDENSATOR

W este energia câmpului electric, J

Descărcarea condensatorului: energia câmpului electric scade, dar în același timp crește energia câmpului magnetic al curentului.

W = Li² / 2 -

energia câmpului magnetic, J

i- puterea curent alternativ, A

Energia totală a câmpului electromagnetic al circuitului este egală cu suma energiilor câmpurilor magnetice și electrice.

W = L i 2 / 2 + q 2 / 2C

B el W m W el

Conversia energiei într-un circuit oscilator

q 2/2 С = q 2/2 С + Li 2/2 = Li 2/2

În circuitele oscilatorii reale

există întotdeauna rezistență activă,

care determină

amortizarea oscilațiilor.

Vibrații mecanice și electromagnetice și sisteme vibraționale

vibraţiile mecanice şi electromagnetice se supun exact aceloraşi legi cantitative

Pe lângă vibrațiile mecanice din natură, există și

vibratii electromagnetice.

Ei sunt angajați în

circuit oscilator.

Se compune din

bobina si condensatorul.

Ce transformări au loc în circuit

transformarea energiilor

§27-28,
sinopsis în tetra.,
vibrații mecanice repetate: definiții și mărimi fizice care caracterizează vibrațiile.

Inapoi inainte

Atenţie! Previzualizările diapozitivelor au doar scop informativ și este posibil să nu reprezinte toate opțiunile de prezentare. Dacă sunteți interesat acest lucru vă rugăm să descărcați versiunea completă.

Obiectivele lecției:

predare: introducerea conceptelor: „oscilații electromagnetice”, „circuit oscilator”; arătați universalitatea legilor de bază ale proceselor oscilatorii pentru oscilații de orice natură fizică; arătați că oscilațiile într-un circuit ideal sunt armonice; să dezvăluie semnificația fizică a caracteristicilor vibrațiilor;
în curs de dezvoltare: dezvoltarea intereselor cognitive, a abilităților intelectuale și creative în procesul de dobândire a cunoștințelor și abilităților în fizică folosind diverse surse de informații, inclusiv mijloace moderne tehnologia Informatiei; formarea abilităților pentru a evalua fiabilitatea informațiilor din științe naturale;
educational: educarea convingerii in posibilitatea cunoasterii legilor naturii; utilizarea realizărilor fizicii în beneficiul dezvoltării civilizației umane; necesitatea cooperării în procesul de implementare comună a sarcinilor, pregătirea pentru o evaluare morală și etică a utilizării realizărilor științifice, simțul responsabilității pentru protecția mediului.

În timpul orelor

I. Moment organizatoric.

În lecția de astăzi începem să studiem noul capitol al manualului și tema lecției de astăzi „Vibrații electromagnetice. Circuit oscilator”.

II. Verificarea temelor.

Să începem lecția verificându-ne temele.

Slide 2. Proba de repetare a materialului promovat și a cursului clasei a X-a.

Vi s-a cerut să răspundeți la întrebările pentru diagrama prezentată în figură.

1. În ce poziţie a tastei SA2 va clipi lampa de neon când cheia SA1 este deschisă?

2. De ce lampa de neon nu clipește când cheia SA1 este închisă, indiferent de poziția în care se află comutatorul SA2?

Testul se efectuează pe computer. Între timp, unul dintre elevi asamblează diagrama.

Răspuns... Lampa de neon clipește în a doua poziție a comutatorului SA2: după deschiderea tastei SA1 din cauza fenomenului de auto-inducție, în bobină circulă un curent care scade la zero, un câmp magnetic alternativ este excitat în jurul bobinei, generând un vortex electric. câmp, care pentru scurt timp susține mișcarea electronilor în bobină. Un curent de scurtă durată va curge de-a lungul părții superioare a circuitului prin a doua diodă (este pornit în direcția de trecere). Ca urmare a auto-inducției în bobină atunci când circuitul este deschis, la capetele acesteia va apărea o diferență de potențial (EMF de auto-inducție), suficientă pentru a menține o descărcare de gaz în lampă.

Când cheia SA1 este închisă (cheia SA2 este în poziția 1), sursa de tensiune DC nu este suficientă pentru a menține descărcarea de gaz în lampă, deci nu se aprinde.

Să verificăm corectitudinea ipotezelor tale. Schema propusă este asamblată. Să vedem ce se întâmplă cu lampa de neon când cheia SA1 este închisă și deschisă în diferite poziții ale comutatorului SA2.

(Testul este compilat în programul MyTest. Scorul este stabilit de program).

Fișier pentru lansarea programului MyTest (situat în folderul cu prezentarea)

Test. (Rulați programul MyTest, deschideți fișierul „Test”, apăsați tasta F5 pentru a începe testul)

III. Învățarea de materiale noi.

Slide 3. Declarația problemei: Să ne amintim ce știm despre vibrațiile mecanice? (Conceptul de oscilații libere și forțate, autooscilații, rezonanță etc.) În circuitele electrice, precum și în sistemele mecanice, precum o sarcină pe un arc sau pe un pendul, pot apărea oscilații libere. În lecția de astăzi, începem să studiem astfel de sisteme. Tema lecției de astăzi: „Vibrații electromagnetice. Circuit oscilator”.

Obiectivele lecției

vom introduce conceptele: „oscilații electromagnetice”, „circuit oscilator”;
arătați universalitatea legilor de bază ale proceselor oscilatorii pentru oscilații de orice natură fizică;
arătați că oscilațiile într-un circuit ideal sunt armonice;
să dezvăluim sensul fizic al caracteristicilor oscilaţiilor.

Să ne amintim mai întâi ce proprietăți trebuie să aibă sistemul pentru ca în el să apară oscilații libere.

(În sistemul oscilator, ar trebui să apară o forță de restabilire și ar trebui să aibă loc transformarea energiei de la un tip la altul, frecarea în sistem ar trebui să fie suficient de mică.)

În circuitele electrice, precum și în sistemele mecanice, cum ar fi o sarcină cu arc sau un pendul, pot apărea vibrații libere.

Ce vibrații se numesc vibrații libere? (Vibrații care apar în sistem după îndepărtarea acestuia din poziția de echilibru) Ce vibrații se numesc vibrații forțate? (oscilații care apar sub influența unui EMF extern care se schimbă periodic)

Modificările periodice sau aproape periodice ale sarcinii, curentului și tensiunii se numesc oscilații electromagnetice.

Slide 4. După ce au inventat borcanul Leyden și au învățat cum să-i transmită o sarcină mare folosind o mașină electrostatică, au început să studieze descărcarea electrică a borcanului. Închizând capacele borcanului Leyden cu o bobină de sârmă, ei au descoperit că spițele de oțel din interiorul bobinei erau magnetizate, dar era imposibil de prezis care capăt al miezului bobinei se va dovedi a fi Polul Nord și care Polul Sud era. imposibil. Un rol important în teoria oscilațiilor electromagnetice l-a jucat omul de știință german din secolul al XIX-lea HELMHOLZ Hermann Ludwig Ferdinand. El este numit primul medic dintre oamenii de știință și primul om de știință dintre medici. A studiat fizica, matematica, fiziologia, anatomia si psihologia, obtinand recunoastere la nivel mondial in fiecare dintre aceste domenii. Acordând atenție naturii oscilatorii a descărcării borcanului Leyden, în 1869 Helmholtz a arătat că oscilații similare apar într-o bobină de inducție conectată la un condensator (adică, în esență, a creat un circuit oscilator format din inductanță și capacitate). Aceste experimente au jucat un rol important în dezvoltarea teoriei electromagnetismului.

Slide 4. De obicei, vibrațiile electromagnetice apar la o frecvență foarte mare, mult mai mare decât frecvența vibrațiilor mecanice. Prin urmare, un osciloscop electronic este foarte convenabil pentru observarea și cercetarea acestora. (Demonstrația dispozitivului. Principiul funcționării acestuia în animație.)

Slide 4.În prezent, osciloscoapele digitale au înlocuit osciloscoapele electronice. El ne va spune despre principiile acțiunii lor...

Slide 5. Animație cu osciloscop

Slide 6. Dar să revenim la oscilațiile electromagnetice. Cel mai simplu sistem electric care poate oscila liber este un circuit RLC serial. Un circuit oscilant este un circuit electric format dintr-un condensator conectat în serie cu o capacitate electrică C, o bobină cu o inductanță L și o rezistență electrică R. Îl vom numi circuit RLC în serie.

Experiment fizic. Avem un circuit, a cărui diagramă este prezentată în Figura 1. Atașați un galvanometru la bobină. Să observăm comportamentul săgeții galvanometrului după ce comutatorul este mutat din poziția 1 în poziția 2. Ați observat că acul începe să oscileze, dar aceste oscilații se vor estompa în curând. Toate circuitele reale conțin rezistența electrică R. Pentru fiecare perioadă de oscilație, o parte din energia electromagnetică stocată în circuit este convertită în căldură Joule, iar oscilațiile devin amortizate. Se consideră un grafic al oscilațiilor amortizate.

Cum apar vibrațiile libere într-un circuit oscilator?

Luați în considerare cazul în care rezistența R = 0 (modelul unui circuit oscilator ideal). Ce procese au loc în circuitul oscilator?

Slide 7. Animație de contur oscilant.

Slide 8. Să trecem la teoria cantitativă a proceselor într-un circuit oscilator.

Luați în considerare un circuit RLC serial. Când cheia K este în poziția 1, condensatorul este încărcat la tensiune. După comutarea cheii în poziția 2, procesul de descărcare a condensatorului începe prin rezistorul R și inductorul L. În anumite condiții, acest proces poate fi oscilant.

Legea lui Ohm pentru un circuit RLC închis care nu conține o sursă de curent externă este scrisă ca

unde este tensiunea pe condensator, q este sarcina condensatorului, - curent în circuit. În partea dreaptă a acestui raport se află EMF al autoinducției bobinei. Dacă alegem sarcina condensatorului q (t) ca variabilă, atunci ecuația care descrie oscilațiile libere în circuitul RLC poate fi redusă la următoarea formă:

Luați în considerare cazul în care nu există pierderi de energie electromagnetică în circuit (R = 0). Să introducem notația: ... Atunci

(*)

Ecuația (*) este ecuația de bază care descrie oscilațiile libere într-un circuit LC (circuit oscilator ideal) în absența amortizarii. În aparență, coincide exact cu ecuația vibrațiilor libere ale unei sarcini pe un arc sau filet în absența forțelor de frecare.

Am notat această ecuație în timp ce studiam subiectul „Vibrații mecanice”.

În absența amortizării, oscilațiile libere în circuitul electric sunt armonice, adică se produc conform legii

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

De ce? (Deoarece aceasta este singura funcție, a cărei derivată a doua este egală cu funcția în sine. În plus, cos0 = 1, ceea ce înseamnă q (0) = q m)

Amplitudinea oscilațiilor sarcinii q m și faza inițială 0 sunt determinate de condițiile inițiale, adică de modul prin care sistemul a fost scos din echilibru. În special, pentru procesul de oscilație, care va începe în circuitul prezentat în figura 1, după comutarea cheii K în poziția 2, q m = C, 0 = 0.

Atunci ecuația oscilațiilor armonice ale sarcinii pentru circuitul nostru va lua forma

q (t) = q m cos 0 t.

Puterea curentului realizează și oscilații armonice:

Slide 9. Unde este amplitudinea fluctuațiilor curentului. Fluctuațiile curente sunt fază înaintea fluctuațiilor de sarcină.

Cu oscilații libere, are loc o transformare periodică a energiei electrice W e stocată în condensator în energia magnetică W m a bobinei și invers. Dacă nu există pierderi de energie în circuitul oscilator, atunci energia electromagnetică totală a sistemului rămâne neschimbată:

Slide 9. Parametrii L și C ai circuitului oscilant determină doar frecvența naturală a oscilațiilor libere

Având în vedere asta, primim.

Slide 9. Formulă numită formula Thomson, fizicianul englez William Thomson (Lord Kelvin), care a derivat-o în 1853.

În mod evident, perioada oscilațiilor electromagnetice depinde de inductanța bobinei L și de capacitatea condensatorului C. Avem o bobină, a cărei inductanță poate fi mărită folosind un miez de fier și un condensator variabil. Să ne amintim mai întâi cum puteți schimba capacitatea unui astfel de condensator. Permiteți-mi să vă reamintesc că acesta este materialul cursului de clasa a X-a.

Un condensator variabil este format din două seturi de plăci metalice. Când mânerul se rotește, plăcile unui set intră în golurile dintre plăcile celuilalt set. În acest caz, capacitatea condensatorului se modifică proporțional cu modificarea zonei părții suprapuse a plăcilor. Dacă plăcile sunt conectate în paralel, atunci prin creșterea ariei plăcilor, vom crește capacitatea fiecăruia dintre condensatori, ceea ce înseamnă că capacitatea întregului banc de condensatori va crește. Când condensatoarele sunt conectate în serie într-o bancă, o creștere a capacității fiecărui condensator implică o scădere a capacității băncii de condensatoare.

Să vedem cum perioada oscilațiilor electromagnetice depinde de capacitatea condensatorului C și de inductanța bobinei L.

Slide 9. Animație „Dependența perioadei oscilațiilor electromagnetice de L și C”

Slide 10. Să comparăm acum vibrațiile electrice și vibrațiile greutății pe arc. Deschideți pagina 85 a tutorialului, Figura 4.5.

Figura prezintă graficele modificării sarcinii q (t) a condensatorului și deplasarea x (t) a sarcinii din poziția de echilibru, precum și graficele curentului I (t) și viteza sarcină v(t) pentru o perioadă T de oscilații.

Aveți pe mesele voastre un tabel pe care l-am completat când studiam subiectul „Vibrații mecanice”. Anexa 2.

Un rând din acest tabel este completat. Folosind Figura 2, paragraful 29 din manual și Figura 4.5 de la pagina 85 din manual, completați rândurile rămase din tabel.

Care sunt asemănările dintre procesele de vibrații electrice și mecanice libere? Să vedem următoarea animație.

Slide 11. Animație „Analogie între vibrațiile electrice și mecanice”

Comparațiile obținute între oscilațiile libere ale unei sarcini pe un arc și procesele într-un circuit oscilator electric fac posibilă tragerea unei concluzii despre analogia dintre mărimile electrice și mecanice.

Slide 12. Aceste analogii sunt prezentate în tabel. Anexa 3.

Aveți același tabel pe mesele dvs. și în tutorialul de la pagina 86.

Deci, am luat în considerare partea teoretică. ai inteles totul? Poate are cineva întrebări?

Acum să trecem la rezolvarea problemelor.

IV. Educație fizică.

V. Consolidarea materialului studiat.

Rezolvarea problemelor:

sarcinile 1, 2, sarcinile părții A nr. 1, 6, 8 (oral);
sarcini nr. 957 (răspuns 5,1 μH), nr. 958 (răspunsul va scădea de 1, 25 ori) (la tablă);
sarcina părții B (oral);
sarcina numărul 1 din partea C (la bord).

Problemele sunt preluate din colecția de probleme pentru clasele 10-11 A.P. Rymkevich și apendicele 10. Anexa 4.

Vi. Reflecţie.

Elevii completează o hartă reflexivă.

Vii. Rezumând lecția.

Ați îndeplinit obiectivele lecției? Rezumând lecția. Evaluarea cursanților.

VIII. Lecții de făcut acasă.

Paragrafele 27 - 30, nr. 959, 960, sarcinile rămase din Anexa 10.

Literatură:

Curs de fizică multimedia „Open Physics” versiunea 2.6 editată de profesorul S.М. Capră.
Cartea cu probleme clasa 10-11. A.P. Rymkevich, Moscova „Educație”, 2012.
Fizică. Manual pentru instituțiile de învățământ de clasa a 11-a. G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtsev, V.M. Charugin. Moscova „Educație”, 2011.
Supliment electronic la manual de G.Ya. Myakishev, B.B. Buhovtseva, V.M. Charugin. Moscova „Educație”, 2011.
Inductie electromagnetica. Sarcini calitative (logice). Clasa a 11-a, profil fizica si matematica. CM. Novikov. Moscova „Chistye Prudy”, 2007. Biblioteca „Primul septembrie”. Seria „Fizica”. Numărul 1 (13).
http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

P.S. Dacă nu este posibil să puneți la dispoziție fiecărui student un computer, atunci testul poate fi efectuat în scris.

„Vibrații libere”- Oscilatii continue. Oscilații electromagnetice libere. Unde i și q sunt puterea curentului și sarcina electrică la un moment dat. Conform legii inducției electromagnetice: Energia electromagnetică totală a circuitului oscilator. Numărul de vibrații pe unitatea de timp se numește frecvență de vibrație: Energie totală.

"Rezonanta mecanica"- 1. Lanțul Podului Egiptean din Sankt Petersburg. Rezonanța în tehnologie. 3. Mexico City 1985 Pod suspendat Takoma. Valoare de rezonanță pozitivă Frecvențămetru. 2. Stat instituție educațională Gimnaziul nr. 363 al districtului Frunzensky. Un contor de frecvență mecanic este un dispozitiv pentru măsurarea frecvenței vibrațiilor.

„Frecvența de oscilație”- Unde sonore. Să ne gândim ???? Infrasunetele sunt folosite în afaceri militare, pescuit etc. Se poate propaga sunetul în gaze, lichide, solide? De ce depinde volumul sunetului? De ce depinde înălțimea sunetului? Viteza sunetului. Ecografie. În acest caz, vibrațiile sursei de sunet sunt evidente.

„Vibrații mecanice”- transversal. Graficul pendulului cu arc. Mișcare oscilativă. Liber. Longitudinal. „Oscilații și unde”. Armonic. Vibrații libere. Undele sunt propagarea vibrațiilor în spațiu în timp. Finalizat: elevă de clasa a 11-a „A” Oleinikova Yulia. Vibrații forțate. Valuri. Pendul matematic.

Pentru a utiliza previzualizarea prezentărilor, creați-vă un cont ( cont) Google și conectați-vă la el: https://accounts.google.com

Subtitrările diapozitivelor:

Circuit oscilator. Vibrații electromagnetice. Principiul comunicației radio și televiziunii Lecția numărul 51

Oscilațiile electromagnetice sunt modificări periodice în timp ale cantităților electrice și magnetice (sarcină, curent, tensiune, intensitate, inducție magnetică etc.) într-un circuit electric. După cum știți, pentru a crea o undă electromagnetică puternică, care ar putea fi înregistrată de dispozitive la distanțe mari de antena emițătoare, este necesar ca frecvența undei să nu fie mai mică de 0,1 MHz.

Una dintre părțile principale ale generatorului este un circuit oscilant - acesta este un sistem oscilator format dintr-o bobine cu inductanță L, un condensator cu o capacitate C și un rezistor cu o rezistență R, conectate în serie.

După ce au inventat borcanul Leyden (primul condensator) și au învățat cum să-i transmită o sarcină mare folosind o mașină electrostatică, au început să studieze descărcarea electrică a borcanului. Închizând plăcile borcanelor Leyden cu o bobină, ei au descoperit că spițele de oțel din interiorul bobinei erau magnetizate. Lucrul ciudat era că era imposibil de prezis care capăt al miezului bobinei va fi polul nord și care va fi sudul. Ei nu au înțeles imediat că atunci când un condensator este descărcat printr-o bobină, apar oscilații într-un circuit electric.

Perioada oscilațiilor libere este egală cu perioada naturală a sistemului oscilant, în acest caz perioada circuitului. Formula pentru determinarea perioadei oscilațiilor electromagnetice libere a fost obținută de fizicianul englez William Thomson în 1853.

Circuitul emițătorului Popov este destul de simplu - este un circuit oscilant, care constă dintr-o inductanță (înfășurarea secundară a bobinei), o baterie alimentată și o capacitate (eclator). Dacă apăsați tasta, atunci o scânteie sare în eclatorul bobinei, provocând oscilații electromagnetice în antenă. Antena este un vibrator deschis și emite unde electromagnetice, care, ajungând la antena stației de recepție, excită în ea oscilații electrice.

Pentru a înregistra undele primite, Alexander Stepanovici Popov a folosit un dispozitiv special - coherer (de la cuvântul latin „coerență” - coeziune), constând dintr-un tub de sticlă care conține pilitură de metal. La 24 martie 1896, primele cuvinte au fost transferate folosind codul Morse - „Heinrich Hertz”.

Deși radiourile moderne seamănă foarte puțin cu ale lui Popov, principiile de bază ale funcționării lor sunt aceleași.

Concluzii principale: - Un circuit oscilator este un sistem oscilant format dintr-o bobină, un condensator și o rezistență activă conectate în serie. - Oscilațiile electromagnetice libere sunt oscilații care apar într-un circuit oscilator ideal din cauza cheltuirii energiei transmise acestui circuit, care nu este completată în viitor. - Perioada oscilațiilor electromagnetice libere poate fi calculată folosind formula Thomson. - Din această formulă rezultă că perioada circuitului oscilator este determinată de parametrii elementelor sale constitutive: inductanța bobinei și capacitatea condensatorului. - Comunicarea radio este procesul de transmitere și recepție a informațiilor cu ajutorul undelor electromagnetice. - Modulația de amplitudine este procesul de modificare a amplitudinii oscilațiilor de înaltă frecvență cu o frecvență egală cu frecvența unui semnal audio. - Procesul invers de modulare se numește detecție.

Ar putea fi util să citiți: