30) Свободные гармонические колебания в колебательном контуре

Среди различных электрических явлений особое место занимают электромагнитные колебания, при которых электрические величины (заряды, токи) периодически изменяются и которые сопровождаются взаимными превращениями электрического и магнитного полей. Для возбуждения и поддержания электромагнитных колебаний используется колебательный контур ≈ цепь, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R.

Рассмотрим последовательные стадии колебательного процесса в идеализированном контуре, сопротивление которого пренебрежимо мало (R=0). Для возбуждения в контуре колебаний конденсатор предварительно заряжают, сообщая его обкладкам заряды Q. Тогда в начальный момент времени t=0 между обкладками конденсатора возникнет электрическое поле, энергия которого Q² .

колебательный контур — цепь, состоящая из включенных последовательно катушки индуктивностью L, конденсатора емкостью С и резистора сопротивлением R.

31) Зако́н электромагни́тной инду́кции Фараде́я является основным законом электродинамики, касающимся принципов работы трансформаторов, дросселей, многих видов электродвигателей и генераторов.^[1] Закон гласит:

Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур.^[1]

или другими словами:

Генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Если поместить в магнитное поле проводник и перемещать его так, чтобы он при своем движении пересекал силовые линии поля, то в проводнике возникнет электродвижущая сила, называемая ЭДС индукции.

ЭДС индукции возникнет в проводнике и в том случае, если сам проводник останется неподвижным, а перемещаться будет магнитное поле, пересекая проводник своими силовыми линиями.

Если проводник, в котором наводится ЭДС индукции, замкнуть на какую-либо внешнюю цепь, то под действием этой ЭДС по цепи потечет ток, называемый индукционным током.

Явление индуктирования ЭДС в проводнике при пересечении его силовыми линиями магнитного поля называется электромагнитной индукцией.

Электромагнитная индукция — это обратный процесс, т. е. превращение механической энергии в электрическую. Явление электромагнитной индукции нашло широчайшее применение в электротехнике. На использовании его основано устройство различных электрических машин.

Трансформа́тор (от лат. transformo — преобразовывать) — электрический аппарат, имеющий две или более индуктивно связанные обмотки и предназначенный для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока без изменения частоты систем(системы) переменного тока (ГОСТ Р52002-2003). Трансформатор осуществляет преобразование напряжения переменного тока и/или гальваническую развязку в самых различных областях применения - электроэнергетике, электронике и радиотехнике.Конструктивно трансформатор может состоять из одной (автотрансформатор) или нескольких изолированных проволочных, либо ленточных обмоток (катушек), охватываемых общим магнитным потоком, намотанных, как правило, на магнитопровод (сердечник) из ферромагнитного магнито-мягкого материала.

32) ЭНЕРГИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ТОКА.Вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое обладает энергией. Источник тока, включенный в эл.цепь, обладает запасом энергии. В момент замыкания эл.цепи источник тока расходует часть своей энергии на преодоление действия возникающей ЭДС самоиндукции. Эта часть энергии, называемая собственной энергией тока, и идет на образование магнитного поля. Энергия магнитного поля равна собственной энергии тока. Собственная энергия тока численно равна работе, которую должен совершить источник тока для преодоления ЭДС самоиндукции, чтобы создать ток в цепи. .Энергия магнитного поля, созданного током, прямо пропорциональна квадрату силы тока. Куда пропадает энергия магнитного поля после прекращения тока? - выделяется ( при размыкании цепи с достаточно большой силой тока возможно возникновение искры или дуги)

Природа сторонних сил может быть разной. Случай 1. Вектор   не зависит от времени, а площадь S контура и угол α изменяются. В постоянном во времени магнитном поле возникновение э.д.с. индукции e_i  в проводящем контуре (он вращается или изменяется его площадь) или в движущемся проводнике (изменяется площадь поверхности, описываемая проводником) обусловлена действием на свободные заряды силы Лоренца. Действительно, как видно из рис. 4.17,а, сила Лоренца вызывает движение электронов к одному концу проводника, на нём возникает избыток электронов, а на другом конце их недостаток. Следовательно, сила Лоренца разделяет разноимённые заряды, т.е. является сторонней силой:

Случай 2. Вектор   изменяется со временем, а площадь S контура и угол α остаются постоянными. Опытным путём было доказано, что э.д.с. индукции e_i может возникать и в неподвижном проводящем контуре (проводнике), находящемся в переменном во времени магнитном поле. В этом случае на свободные заряды в проводнике сила Лоренца не действует () и для объяснения возникновения э.д.с. индукции e_i Максвелл сформулировал следующее положение (постулат), которое называют первым положением теории Максвелла: переменное во времени магнитное поле порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. Таким образом, Максвелл ввел новый вид поля – вихревое электрическое поле.

Уравнение (4.33) представляет собой первое уравнение Максвелла в интегральной форме. Оно читается следующим образом: циркуляция вектора  суммарного электрического поля по произвольному замкнутому контуру (Г) равна взятой с обратным знаком скорости изменения магнитного потока через поверхность s, опирающуюся на контур.

Физический смысл уравнения (4.33) состоит в следующем: источником вихревого электрического поля является переменное магнитное поле (в правой части находится источник того, что стоит в левой части уравнения).

• Ток смещения (электродинамика) — величина, пропорциональная быстроте изменения индукции электрического поля.

• Ток смещения (радиоэлектроника) — постоянный анодный (коллекторный) ток, протекающий, когда к управляющему электроду приложено напряжение смещения.

• Ток смещения (магнитная запись) — ток подмагничивания, подаваемый на записывающую головку одновременно с записываемым (полезным) сигналом.

33) Уравне́ния Ма́ксвелла — система дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах. Вместе с выражением для силы Лоренца образуют полную систему уравнений классической электродинамики. Уравнения, сформулированные Джеймсом Клерком Максвеллом на основе накопленных к середине XIX века экспериментальных результатов, сыграли ключевую роль в развитии представлений теоретической физики и оказали сильное, зачастую решающее, влияние не только на все области физики, непосредственно связанные с электромагнетизмом, но и на многие возникшие впоследствии фундаментальные теории, предмет которых не сводился к электромагнетизму (одним из ярчайших примеров здесь может служить специальная теория относительности).

Введение Максвеллом понятия тока смещения привело его к завершению созданной им макроскопической теории электромагнитного поля, позволившей с единой точки зрения не только объяснить электрические и магнитные явления, но и предсказать новые, существование которых было впоследствии подтверждено.

В основе теории Максвелла лежат рассмотренные выше четыре уравнения:

1. Электрическое поле может быть как потенциальным (Е_Q), так и вихревым (Е_B), поэтому напряженность суммарного поля Е = Е_Q + Е_B. Так как цир­куляция вектора Е_Q равна нулю (см. (137.3)), а циркуляция вектора Е_B определяется выражением (137.2), то циркуляция вектора напряженности суммарного поля

Это уравнение показывает, что источниками электрического поля могут быть не только электрические заряды, но и изменяющиеся во времени магнитные поля.

2. Обобщенная теорема о циркуляции вектора Н