- •Электромагнетизм Тестовые задания
- •Предисловие
- •1. Электрическое поле (эп)
- •1.1. Расчетные формулы по теме «эп»
- •1.2. Тестовые задания по теме «эп»
- •2. Электроемкость и конденсаторы (эк)
- •2.1. Расчетные формулы по теме «эк»
- •2.2. Тестовые задания по теме «эк»
- •3. Законы постоянного тока (зпт)
- •3.1. Расчетные формулы по теме «зпт»
- •3.2. Тестовые задания по теме зпт
- •4.Магнитное поле тока (мпт)
- •4.1. Определения основных понятий мпт
- •4.2.Основные формулы раздела «мпт»
- •4.3. Тестовые задания по теме «мпт»
- •4.4. Задачи на тему «мпт»
- •5. Сила Лоренца (сл)
- •5.1. Расчетные формулы
- •5.2. Тестовые задания по теме «сл»
- •6. Электромагнетизм (эм)
- •6.1. Электромагнитная индукция и самоиндукция
- •6.2. Расчетные формулы по теме «эм»
- •6.3. Тестовые задачи по теме «эм»
- •7. Электромагнитные колебания (эмк)
- •7.1. Собственные незатухающие электромагнитные колебания
- •7.2. Собственные затухающие эмк
- •7.3. Расчетные формулы по теме «эмк»
- •7.4. Расчетные формулы в заданиии «переменный ток»
- •7.5. Тестовые задания по теме эмк
- •8.Библиографический список
- •Электромагнетизм Тестовые задания
- •620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66 Приложение
7. Электромагнитные колебания (эмк)
7.1. Собственные незатухающие электромагнитные колебания
1. Контур LC. Электромагнитный колебательный контур (ЭМК) состоит из конденсатора емкостью С = ε0εS / d с емкостным сопротивлением RC = 1/ωC и катушки индуктивностью L = μ0μN2S/l , индуктивным сопротивлениемRL = ωL, где – относительная диэлектрическая проницаемость среды, – относительная магнитная проницаемость среды, – циклическая частота, – площадь,d – расстояние между пластинами конденсатора, N – число витков в катушке. Максимальная энергия электрического (э) поля в конденсаторе, максимальная энергия магнитного (м) поля в катушке. В любой момент времени суммарная энергия. При удельном сопротивлении →0 убыль энергии ΔW →0, отсюда
Учитывая, что сила тока i = –q, а производная (i)′ , запишем дифференциальное уравнение
Решением дифференциального уравнения является функция
q = q0cos(ω0t + φ0),
где циклическая частота 0 = 2/Т0; 1/LC = 02.
В ЭМК изменяются по гармоническому закону: в конденсаторе – заряд q, напряжение U, напряженность электрического поля E, плотность энергии электрического поля ωэ, энергия электрического поля Wэ, поверхностная плотность заряда ; в катушке– магнитный поток Ф, индукция магнитного поляB, напряженность магнитного поля H, сила тока i, плотность энергии магнитного поля м, энергия магнитного поля Wм, ЭДС самоиндукции εs.
Ниже приведены соответствующие формулы:
,
,
/ 2.
При условии ,получим.
В ЭМК заряд q опережает силу тока i по фазе на π/2, а ЭДС самоиндукции εs – на π, сила тока i опережает ЭДС самоиндукции εs по фазе на π/2.
2. Контуры C; L; RLC в цепи переменного напряжения.
а) На емкость подано переменное напряжение.
При t0 = 00 = 0; R = 0, L = 0. В цепи сила тока опережает напряжение по фазе на .
б) На индуктивность подано напряжение.
При t0 = 0 0 = 0; R = 0, C = 0. В цепи сила тока отстает от напряжения по фазе на.
в) На контур подано напряжение. При условиисила тока опережает напряжение по фазе, а общее сопротивление цепи (импеданс).
Закон Ома .
Резонанс напряжения. При условии сдвиг фазы. Ток и напряжение совпадают по фазе. Сила тока.
Активная мощность , реактивная мощность действующее значение напряжения UД= U0 / , действующее значение силы тока , определяемое по тепловому эффекту.
7.2. Собственные затухающие эмк
При удельном сопротивлении ρ≠ 0 убыль энергии в контуре RLC равна джоулевой теплоте:
.
При известном условии = - запишем дифференциальное уравнение:
, где R/L = 2β, 1/LC = . Решением дифференциального уравнения
является функция .
Затухающие колебания характеризуются коэффициентом затухания , циклической частотой , логарифмическим декрементом затухания, добротностью, временем релаксации, в течение которого амплитуда колебаний уменьшится вe раз (A1/Ai= e). Волновое сопротивление ~. При значениях < Ra добротность контура Q, число колебаний за время релаксации Ne и наоборот при >Ra , следует Q, число колебаний за время релаксации Ne ↓, τ↓.