ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАТУХАЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КОНТУРЕ

Лабораторная работа

Цель работы: ознакомление с теорией затухающих колебаний; изучение закономерностей этих процессов и экспериментальное определение периода и характеристик затухания в электрическом колебательном контуре с помощью электронного осциллографа.

Приборы и принадлежности: кассета с электрическим колебательным контуром ФПЭ-10, генератор сигналов низкочастотный ГЗ-112/1, преобразователь импульсов ПИ (ФПЭ-09), электронный осциллограф С1-117/1, магазин сопротивлений МС, источник питания ИП, кабели и соединительные провода.

Электрический колебательный контур

Схема электрического колебательного контура представлена на рис. 16.

Электрический колебательный контур

Рис. 16. Электрический колебательный контур

Если зарядить конденсатор С от батареи Б до напряжения U, то в пространстве между пластинами конденсатора возникает электрическое поле с энергией

Для начала будем предполагать, что активное сопротивление контура R равно нулю. Если с помощью переключателя К замкнуть конденсатор в цепь с катушкой индуктивности, то он будет разряжаться и его электрическое поле будет уменьшаться. При этом в контуре возникает электрический ток разряда конденсатора и в катушке индуктивности L появляется магнитное поле. Через некоторое время, равное четверти периода колебания, конденсатор разрядится полностью, электрическое поле исчезнет. Магнитное поле катушки при этом достигнет максимума. Энергия электрического поля конденсатора превратится в энергию магнитного поля катушки индуктивности:

где 10 - максимальное значение тока в контуре.

В следующую четверть периода величина магнитного потока будет уменьшаться, так как нет поддерживающих его токов. Это исчезающее поле вызывает ток самоиндукции. Последний, в соответствии с правилом Ленца, будет стремиться поддерживать ток разряда конденсатора и будет, следовательно, направлен в том же направлении. Таким образом, конденсатор будет перезаряжаться, и между его обкладками появится электрическое поле противоположного направления. Через время, равное половине периода колебания, магнитное поле исчезнет, а электрическое поле достигнет максимума, энергия магнитного поля вновь превратится в энергию электрического поля.

В дальнейшем конденсатор будет снова разряжаться, и в контуре возникнет ток, направленный противоположно току в первой стадии процесса. Через время, равное 3/4 периода колебания, конденсатор вновь окажется разряженным, а энергия электрического поля снова превратится в энергию магнитного поля, и т.д. Через промежуток времени, равный полному периоду колебаний Т, электрическое состояние контура будет таким же, как в начале колебания.

В реальности проводники контура всегда обладают активным электрическим сопротивлением, поэтому часть энергии в процессе колебания расходуется на нагревание проводников, превращаясь в тепловую энергию. Таким образом, амплитуда электромагнитных колебаний в контуре постепенно уменьшается, и в нем происходят затухающие колебания (рис. 17).

График затухающих колебании тока в электрическом контуре

Рис. 17. График затухающих колебании тока в электрическом контуре

При достаточно большом сопротивлении контура или малой индуктивности колебания в нем вообще не возникают, и происходит так называемый апериодический разряд конденсатора в режиме критического затухания (рис. 18).

Апериодические процессы в электрическом контуре (режим критического затухания колебаний)

Рис. 18. Апериодические процессы в электрическом контуре (режим критического затухания колебаний)

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >