Laisvieji elektromagnetiniai virpesiai ir virpesių kontūras

Šioje temoje nagrinėjami elektromagnetiniai virpesiai, ypač laisvieji virpesiai virpesių kontūre. Aprašomas krūvio, srovės ir įtampos kitimas kondensatoriuje ir ritėje, bei energijos virsmai tarp elektrinio ir magnetinio laukų. Taip pat paaiškinama, kaip pilnutinė energija išlieka pastovi idealiame kontūre.

Elektromagnetiniai virpesiai
Elektromagnetiniai virpesiai – tai periodiškas arba beveik periodiškas elektros krūvio, srovės stiprio ir įtampos kitimas. Jie skirstomi į laisvuosius ir priverstinius. Laisvieji elektromagnetiniai virpesiai atsiranda, kai elektrinė sistema išvedama iš pusiausvyros padėties, pavyzdžiui, virpesių kontūre, sudarytame iš kondensatoriaus ir induktyvumo ritės.
Energijos virsmai virpesių kontūre
Įkrauto kondensatoriaus energija yra lygi elektrinio lauko energijai (\(W_e = (C * U_0^2) / 2\)). Kondensatoriui išsikraunant, ši energija virsta ritės magnetinio lauko energija (\(W_m = (L * I_0^2) / 2\)). Pilnutinė energija (\(W = W_e + W_m\)) išlieka pastovi, jei kontūro varža lygi nuliui. Jei varža nėra nulinė, energija mažėja, ir virpesiai slopsta.
Energijos virsmai virpesių kontūre
Virpesių kontūre vyksta periodiški energijos virsmai: kondensatoriaus elektrinio lauko energija \(W_e = \frac{C u^2}{2}\) virsta ritės magnetinio lauko energija \(W_m = \frac{L i^2}{2}\) ir atvirkščiai. Idealiame virpesių kontūre, kurio aktyvioji varža \(R=0\), pilnutinė elektromagnetinė energija \(W\) yra pastovi (energijos tvermės dėsnis): \(W = W_e + W_m = \frac{C u^2}{2} + \frac{L i^2}{2} = \text{const}\). Ši energija lygi maksimaliai kondensatoriaus sukauptai energijai \(W_{e,max} = \frac{C U_0^2}{2}\) arba maksimaliai ritės sukauptai energijai \(W_{m,max} = \frac{L I_0^2}{2}\), kur \(U_0\) ir \(I_0\) yra įtampos ir srovės stiprio amplitudės.
Laisvieji elektromagnetiniai virpesiai
Elektromagnetiniai virpesiai yra periodiški arba beveik periodiški elektrinių dydžių – krūvio \(q\), srovės stiprio \(i\) ir įtampos \(u\) – kitimai grandinėje. Laisvieji virpesiai kyla virpesių sistemoje (pvz., virpesių kontūre), kuri buvo išvesta iš pusiausvyros, ir vyksta be išorinio periodinio poveikio. Pagrindinė sistema šiems virpesiams stebėti yra virpesių kontūras, sudarytas iš kondensatoriaus (talpa \(C\)) ir induktyvumo ritės (induktyvumas \(L\)).
Laisvieji elektromagnetiniai virpesiai virpesių kontūre
Elektromagnetiniai virpesiai yra periodiški arba beveik periodiški elektrinio krūvio (q), srovės stiprio (I) ir įtampos (U) kitimai elektrinėje grandinėje. Laisvieji virpesiai kyla sistemoje be išorinio periodinio poveikio. Paprasčiausia sistema laisviesiems virpesiams gauti yra virpesių kontūras, sudarytas iš nuosekliai sujungtų kondensatoriaus (talpa C) ir induktyvumo ritės (induktyvumas L). Suteikus sistemai pradinės energijos (pvz., įkrovus kondensatorių), prasideda periodiškas energijos virsmas: kondensatoriaus elektrinio lauko energija virsta ritės magnetinio lauko energija ir atvirkščiai. Kai kondensatorius maksimaliai įkrautas (\(q = q_0\)), srovė lygi nuliui (\(I = 0\)), o visa energija sukaupta elektriniame lauke (\(W_e\)). Kai kondensatorius visiškai išsikrauna (\(q = 0\)), srovės stipris pasiekia maksimalią vertę (\(I = I_0\)), ir visa energija sukaupta magnetiniame lauke (\(W_m\)).
Virpesių atsiradimas kontūre
Laisviesiems virpesiams sukelti kondensatorius pirmiausia įkraunamas. Jungikliu prijungus jį prie ritės, prasideda periodinis krūvio, įtampos ir srovės kitimas. Kondensatoriui išsikraunant, stiprėja srovė ritėje (dėl saviindukcijos). Visiškai išsikrovus kondensatoriui, srovė pasiekia maksimumą. Tada srovė silpnėja, įkraudama kondensatorių priešingu krūviu. Procesas kartojasi, sukeldamas periodinius virpesius.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com