Свободные электромагнитные колебания
Материалы к уроку
Конспект урока
Свободные электромагнитные колебания
Открытию электромагнитных колебаний предшествовал целый ряд открытий в области электричества. В 1663 году Отто фон Ге́рике - немецкий физик, инженер и философ - изобрел прибор для получения электричества.
Желая повторить и проверить опыты Гильберта (немецкого математика-универсала), Герике изобрел прибор для получения электрического состояния, который если и не может быть назван электрической машиной в настоящем значении этого слова, потому что в нем недоставало конденсатора для собирания электричества, развиваемого трением, то все же послужил прототипом для всех поздних устраиваемых электрических открытий. Сюда прежде всего следует отнести открытие электрического отталкивания, которое было неизвестно Гильберту. Для получения электричества Герике приготовил довольно большой шар из серы, который был надет на ось. Шар приводился во вращение и натирался сухой рукой. Наэлектризовав этот шар, Герике заметил, что притягиваемые шаром тела после прикосновения отталкиваются; он слышал также «в серном шаре» слабый треск, когда подносил его близко к уху, но не знал, как это объяснить. Используя открытия Отто фон Герике в области электричества, другие исследователи смогли заметить новые, ранее никогда не наблюдавшиеся свойства электричества.
В 1745 г. в Лейдене голландский учёный Питер ван Мушенбрук и его ученик Кюнеус изобрели первый электрический конденсатор, который назвали «Ле́йденская ба́нка». Питер ван Мушенбрук и Кюнеус использовали машину Герике для того, чтобы зарядить электричеством воду в стеклянной колбе, которую держали в руках. Вода заряжалась при помощи цепочки, подсоединенной к машине. Цепочка спускалась через горлышко колбы в воду. Когда зарядка была окончена, Кюнеус решил убрать цепочку и вынул ее рукой из сосуда. И тут он получил такой страшный электрический удар, что чуть не умер. Параллельно и независимо от них сходное устройство под названием «медицинская банка» изобрёл немецкий католический дьякон Эвальд фон Клейст. Лейденская банка - это стеклянный цилиндр с широким горлом. Банка оклеена внутри и снаружи листовым оловом примерно до двух третьих её высоты и прикрыта деревянной крышкой.
В 1745 г. в Лейдене голландский учёный Питер ван Мушенбрук и его ученик Кюнеус изобрели первый электрический конденсатор, который назвали «Ле́йденская ба́нка». Питер ван Мушенбрук и Кюнеус использовали машину Герике для того, чтобы зарядить электричеством воду в стеклянной колбе, которую держали в руках. Вода заряжалась при помощи цепочки, подсоединенной к машине. Цепочка спускалась через горлышко колбы в воду. Когда зарядка была окончена, Кюнеус решил убрать цепочку и вынул ее рукой из сосуда. И тут он получил такой страшный электрический удар, что чуть не умер. Параллельно и независимо от них сходное устройство под названием «медицинская банка» изобрёл немецкий католический дьякон Эвальд фон Клейст. Лейденская банка - это стеклянный цилиндр с широким горлом. Банка оклеена внутри и снаружи листовым оловом примерно до двух третьих её высоты и прикрыта деревянной крышкой.
Банка может не иметь внутренней обкладки, но тогда в ней должна быть вода. У неё может не быть и внешней обкладки, но в таком случае при заряжении надо её обхватить ладонями рук. Именно такой и была банка в первоначальном виде, когда впервые испытал удар от разряда банки лейденский гражданин Кюнеус. Изобретение лейденской банки стимулировало изучение электричества. Благодаря Лейденской банке впервые искусственным путём была получена электрическая искра. В настоящее время лейденская банка применяется только для демонстраций, как компонент электрофорной машины, в электротехнике она вытеснена более удобными и ёмкими высоковольтными конденсаторами закрытого типа. Электромагнитные колебания были открыты почти случайно. После того как изобрели лейденскую банку и научились сообщать ей большой заряд с помощью электростатической машины, начали изучать электрический разряд банки. С помощью проволочной катушки замкнули обкладки лейденской банки и поместили внутрь катушки стальные спицы, которые выполняли роль сердечника. При этом обнаружили, что стальные спицы внутри катушки намагничиваются. Электрический ток, который протекает от одной обкладки к другой по катушке, создает внутри катушки магнитное поле. А так как спицы находятся в катушке, то и внутри них тоже образуется магнитное поле. Удивительным было то, что невозможно было предсказать, какой конец сердечника катушки окажется северным полюсом, а какой — южным. Этот опыт повторяли много раз в примерно одинаковых условиях, а результат получали разный. После многократного повторения этого опыта, пришли к выводу, что при разрядке конденсатора через катушку в электрической цепи возникают колебания. Электрический ток протекает через проволоку, намотанную на катушку в одну сторону, а затем в другую, и так продолжается много раз. При этом и полярность намагниченного сердечника меняется.
Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями. Эти колебания происходят с очень большой частотой, которая значительно выше частоты механических колебаний. Поэтому наблюдать их без специальных приборов невозможно. Для этого используется осциллограф - прибор для наблюдения и записи кривых, характеризующих быстро протекающие электрические и неэлектрические процессы.
Периодические или почти периодические изменения заряда, силы тока и напряжения называются электромагнитными колебаниями. Эти колебания происходят с очень большой частотой, которая значительно выше частоты механических колебаний. Поэтому наблюдать их без специальных приборов невозможно. Для этого используется осциллограф - прибор для наблюдения и записи кривых, характеризующих быстро протекающие электрические и неэлектрические процессы.
На экране осциллографа отображается временная развертка колебаний. Можно увидеть, что она подобна графику изменения координаты механических колебаний. Амплитуда электромагнитных колебаний уменьшается с течением времени так же, как уменьшается амплитуда механических свободных колебаний. Значит, электромагнитные колебания являются затухающими. Колебания, которые мы рассматриваем, являются свободными. Свободными колебаниями называются колебания, которые возникают в системе, выведенной из состояния равновесия, только за счет внутренних сил. В нашем случае колебательная система (конденсатор и катушка) выводится из равновесия при накоплении конденсатором электрического заряда. Эти колебания являются свободными, потому что на колебательную систему не действуют периодически изменяющиеся внешние силы. Можно получить в электрической цепи и вынужденные электромагнитные колебания. Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ