Вынужденные электромагнитные колебания переменный ток конспект

Обновлено: 05.07.2024

4) Определение понятий: переменный электрический ток, активное сопротивление, индуктивное сопротивление, ёмкостное сопротивление.

Глоссарий по теме

Переменный электрический ток — это ток, периодически изменяющийся со временем.

Сопротивление элемента электрической цепи (резистора), в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю называют активным сопротивлением.

Действующее значение силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, при котором в проводнике выделяется то же количество теплоты, что и при переменном токе за то же время.

Величину Х_C, обратную произведению ωC циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением.

Величину Х_L, равную произведению циклической частоты на индуктивность, называют индуктивным сопротивлением.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Чаругин В.М. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2014. – С. 86 – 95.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. - М.: Дрофа, 2014. – С. 128 – 132.

Степанова. Г.Н. Сборник задач по физике. 10-11 класс. М., Просвещение 1999 г.

Е.А. Марон, А.Е. Марон. Контрольные работы по физике. М., Просвещение, 2004

Основное содержание урока

Сейчас невозможно представить себе нашу цивилизацию без электричества. Телевизоры, холодильники, компьютеры – вся бытовая техника работает на нем. Основным источником энергии является переменный ток.

Электрический ток, питающий розетки в наших домах, является переменным А что это такое? Каковы его характеристики? Чем же переменный ток отличается от постоянного? Об этом мы поговорим на данном уроке.

В известном опыте Фарадея при движении полосового магнита относительно катушки появлялся ток, что фиксировалось стрелкой гальванометра, соединенного с катушкой. Если магнит привести колебательное движение относительно катушки, то стрелка гальванометра будет отклоняться то в одну сторону, то в другую – в зависимости от направления движения магнита. Это означает, что возникающий в катушке ток меняет свое направление. Такой ток называют переменным.

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.

Переменный электрический ток представляет собой электромагнитные вынужденные колебания. Переменный ток в отличие от постоянного имеет период, амплитуду и частоту.

Сила тока и напряжение меняются со временем по гармоническому закону, такой ток называется синусоидальным. В основном используется синусоидальный ток. Колебания тока можно наблюдать с помощью осциллографа.

Если напряжение на концах цепи будет меняться по гармоническому закону, то и напряженность внутри проводника будет так же меняться гармонически. Эти гармонические изменения напряженности поля, в свою очередь вызывают гармонические колебания упорядоченного движения свободных частиц и, следовательно, гармонические колебания силы тока. При изменении напряжения на концах цепи, в ней с очень большой скоростью распространяется электрическое поле. Сила переменного тока практически во всех сечениях проводника одинакова потому, что время распространения электромагнитного поля превышает период колебаний.

Рассмотрим процессы, происходящие в проводнике, включенном в цепь переменного тока. Сопротивление проводника, в котором происходит превращение электрической энергии во внутреннюю энергию, называют активным. При изменении напряжения на концах цепи по гармоническому закону, точно так же меняется напряженность электрического поля и в цепи появляется переменный ток.

При наличии такого сопротивления колебания силы тока и напряжения совпадают по фазе в любой момент времени.

𝒾 - мгновенное значение силы тока;

ℐ_m- амплитудное значение силы тока.

– колебания напряжения на концах цепи.

Колебания ЭДС индукции определяются формулами:

При совпадении фазы колебаний силы тока и напряжения мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений силы тока и напряжения. Среднее значение мощности равно половине произведения квадрата амплитуды силы тока и активного сопротивления.

Часто к параметрам и характеристикам переменного тока относят действующие значения. Напряжение, ток или ЭДС, которая действует в цепи в каждый момент времени - мгновенное значение (помечают строчными буквами - і, u, e). Однако оценивать переменный ток, совершенную им работу, создаваемое тепло сложно рассчитывать по мгновенному значению, так как оно постоянно меняется. Поэтому применяют действующее, которое характеризует силу постоянного тока, выделяющего за время прохождения по проводнику столько же тепла, сколько это делает переменный.

U_m - амплитудное значение напряжения.

Действующие значения силы тока и напряжения:

Электрическая аппаратура в цепях переменного тока показывает именно действующие значения измеряемых величин.

Конденсатор включенный в электрическую цепь оказывает сопротивление прохождению тока. Это сопротивление называют ёмкостным.

Величину Х_C, обратную произведению циклической частоты на электрическую ёмкость конденсатора, называют ёмкостным сопротивлением.

Ёмкостное сопротивление не является постоянной величиной. Мы видим, что конденсатор оказывает бесконечно большое сопротивление постоянному току.

Если включить в электрическую цепь катушку индуктивности, то она будет влиять на прохождение тока в цепи, т.е. оказывать сопротивление току. Это можно объяснить явлением самоиндукции.

Если частота равна нулю, то индуктивное сопротивление тоже равно нулю.

При увеличении напряжения в цепи переменного тока сила тока будет увеличиваться так же, как и при постоянном токе. В цепи переменного тока содержащем активное сопротивление, конденсатор и катушка индуктивности будет оказываться сопротивление току. Сопротивление оказывает и катушка индуктивности, и конденсатор, и резистор. При расчёте общего сопротивления всё это надо учитывать. Основываясь на этом закон Ома для переменного тока формулируется следующим образом: значение тока в цепи переменного тока прямо пропорционально напряжению в цепи и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.

Если цепь содержит активное сопротивление, катушку и конденсатор соединенные последовательно, то полное сопротивление равно

Закон Ома для электрической цепи переменного тока записывается имеет вид:

Преимущество применения переменного тока заключается в том, что он передаётся потребителю с меньшими потерями.

В электрической цепи постоянного тока зная напряжение на зажимах потребителя и протекающий ток можем легко определить потребляемую мощность, умножив величину тока на напряжение. В цепи переменного тока мощность равна произведению напряжения на силу тока и на коэффициент мощности.

Мощность цепи переменного тока

Величина cosφ – называется коэффициентом мощности

Коэффициент мощности показывает какая часть энергии преобразуется в другие виды. Коэффициент мощности находят с помощью фазометров. Уменьшение коэффициента мощности приводит к увеличению тепловых потерь. Для повышения коэффициента мощности электродвигателей параллельно им подключают конденсаторы. Конденсатор и катушка индуктивности в цепи переменного тока создают противоположные сдвиги фаз. При одновременном включении конденсатора и катушки индуктивности происходит взаимная компенсация сдвига фаз и повышение коэффициента мощности. Повышение коэффициента мощности является важной народнохозяйственной задачей.

Разбор типовых тренировочных заданий

1. Рамка вращается в однородном магнитном поле. ЭДС индукции, возникающая в рамке, изменяется по закону e=80 sin 25πt. Определите время одного оборота рамки.

Дано: e=80 sin 25πt.

Колебания ЭДС индукции в цепи переменного тока происходят по гармоническому закону

Согласно данным нашей задачи:

Время одного оборота, т.е. период связан с циклической частотой формулой:

Подставляем числовые данные:

2. Чему равна амплитуда силы тока в цепи переменного тока частотой 50 Гц, содержащей последовательно соединенные активное сопротивление 1 кОм и конденсатор емкости С = 1 мкФ, если действующее значение напряжения сети, к которой подключен участок цепи, равно 220 В?

Напишем закон Ома для переменного тока:

Для амплитудных значений силы тока и напряжения, мы можем записать I_m=U_m/Z?

Полное сопротивление цепи равно:

Подставляя числовые данные находим полное сопротивление Z≈3300 Ом. Так как действующее значение напряжения равно:

то после вычислений получаем I_m ≈0,09 Ом.

2. Установите соответствие между физической величиной и прибором для измерения.

Сформировать у учащихся представление о переменном токе. Рассмотреть основные особенности активного сопротивления. Раскрыть основные понятия темы.

2.Развивающая:

Развивать у учащихся умение применять полученные знания о переменном токе в практическом применении в быту, технике и на производственной практике; развивать интерес к знаниям, способность анализировать, обобщать, выделять главное.

3.Воспитательная:

Привить уважение к науке как силе, преобразующей общество и человека на основе инновационных технологий. Воспитывать у учащихся чувство требовательности к себе, дисциплинированность. Расширить рамки окружающего мира учащихся.

Тип урока: усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала.

Методы проведения: объяснение учителя с применением компьютера; информационно-иллюстративный, опрос учащихся, работа с опорными конспектами, тестами.

Оснащение урока: компьютер, мультимедийный проектор, опорные конспекты, презентация, тестовые задания, учебники.

Вложение	Размер
peremennyy_tok.rar	1.98 МБ

Предварительный просмотр:

Тип урока: усвоение новых знаний на основе изученного ранее материала.

Оснащение урока : компьютер, мультимедийный проектор, опорные конспекты, презентация, тестовые задания, учебники.

1.Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

2.Актуализация опорных знаний.

(Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала)

3.Объяснение нового материала.

4.Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

7.Задание на дом:

Подготовить рефераты на темы:

1. Организационный момент (объявление темы, задач и целей урока, психологическая подготовка учащихся к уроку).

Этот урок посвящён вынужденным электромагнитным колебаниям и переменному электрическому току. Вы узнаете,

- каким образом можно получить переменную ЭДС и

- какие соотношения существуют между силой тока и напряжением в цепях переменного тока,

- в чём разница между действующими и амплитудными значениями тока и напряжения.

2. Актуализация опорных знаний

Воспроизведение основных положений изученного на предыдущих уроках материала:

1. Что называют электрическим током?

2. Какой ток называют постоянным?

3. Какая связь существует между переменными электрическим и магнитным полями?

4. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

5. Какие электромагнитные колебания называются вынужденными?

6. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

3 .Объяснение нового материала.

В электростатических машинах, гальванических элементах, аккумуляторах ЭДС с течением времени не меняла своего направления. В такой цепи ток шёл всё время, не меняя ни величины, ни направления и поэтому назывался постоянным.

Электрическая энергия обладает неоспоримым преимуществом перед всеми другими видами энергии. Её можно передавать по проводам на огромные расстояния со сравнительно малыми потерями и удобно распределять между потребителями. Главное же в том, что эту энергию с помощью достаточно простых устройств легко превратить в любые другие формы: механическую, внутреннюю, энергию света и т.д. Вы будущие технологи и на практике увидите множество различных устройств, в которых электрическая энергия превращается в другие виды энергии. Примерами такого оборудования являются: картофелечистка, электромясорубка, хлеборезка…

Всё это оборудование и многое другое включается в цепь, в которой протекает переменный электрический ток.

Переменный ток генерируется на электростанциях. Происходит рождение переменной ЭДС, которая многократно и непрерывно меняет свою величину и направление. Это происходит в генераторах – это машины, в которых ЭДС возникает в результате явления электромагнитной индукции.

Переменный ток имеет преимущество перед постоянным:

напряжение и силу тока можно в очень широких пределах преобразовывать, трансформировать почти без потерь энергии.

Так что же представляет собой переменный электрический ток?

Переменный электрический ток вырабатывается в генераторах переменного тока.

Рассмотрим принцип действия генератора:

На этом слайде мы с вами увидели, что переменный ток может возникать при наличии в цепи переменной ЭДС.

На рисунке представлена простейшая схема генератора переменного тока.

4. Закрепление и обобщение нового материала.

(Проверка качества, закрепление и обобщение изученного, выводы.)

Итак, что же сегодня мы с вами выяснили на уроке:

- что представляет собой переменный электрический ток переменный электрический ток?

- на каком явлении основано получение переменной ЭДС в цепи?

- чему равна разность фаз колебаний силы тока и напряжения на активном сопротивлении?

- как соотносятся действующие значения переменного тока и напряжения со значениями постоянного тока и напряжения?

- как определяется мощность в цепи переменного тока?

Выполнение тестового задания с последующей самопроверкой)

6.Подведение итогов урока.

(Выставление оценок и их комментарий.)

стр. 102 упражнение 4 задача №5.

Подготовить рефераты на темы:

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Обобщающий урок по теме "Колебания и волны". Физика 8 класс.

Разаработка урока по физике 8 класса. Обобщающий урок по теме "Колебания и волны". Сопутствующая конспекту презентация, заинтересует ребят и настроит их на рабочий лад.

Методическая разработка урока по теме "Тепловые и электрические явления" 8 класс

Урок-игра по теме: "Тепловые и электрические явления " можно проводить в качестве повторения или внеклассного мероприятия в 8 классе.

Контрольная работа по теме электромагнитные колебания, переменный ток,11 класс

Контрольная работа по теме электромагнитные колебания,переменный ток, 11 класс. 3 варианта по 7 заданий.

план- конспект к уроку "Электризация тел. Два рода электрического заряда" 8 класс

план -конспект к уроку "Электризация тел. Два рода электрического заряда" 8 класс к учебнику Перышкину А.В. с презентацией.

Презентация к уроку "Получение и передача переменного электрического тока. Трансформатор"

Презентация к уроку по физике "Получение и передача переменного электрического тока. Трансформатор" (9кл.).

Методическая разработка урока по физике по теме "Электрические цепи", 8 класс

Презентация к уроку физики "Электростатическое поле. Напряженность электрического поля" 10 класс

Презентация к уроку физики "Электростатическое поле. Напряженность электрического поля" 10 класс.

Вынужденными электромагнитными колебаниями называют периодические изменения силы тока и напряжения в электрической цепи, происходящие под действием переменной ЭДС от внешнего источника. Внешним источником ЭДС в электрических цепях являются генераторы переменного тока, работающие на электростанциях.

Принцип действия генератора переменного тока легко показать при рассмотрении вращающейся рамки провода в магнитном поле.

В однородное магнитное поле с индукцией В помещаем прямоугольную рамку, образованную проводниками (abсd).

Пусть плоскость рамки перпендикулярна индукции магнитного поля В и ее площадь равна S.

Магнитный поток в момент времени \(t_0 = 0\) будет равен Ф = В·S.

При равномерном вращении рамки вокруг оси OO₁ с угловой скоростью w магнитный поток, пронизывающий рамку, будет изменяться с течением времени по закону:

\(\Phi = B\cdot S\cdot cos \omega t\) .

Изменение магнитного потока возбуждает в рамке ЭДС индукцию, равную

\(\varepsilon_i = -\frac\) или \(\varepsilon_i = -\frac = BS\omega \sin\omega t = \varepsilon_0\sin \omega t,\)

где \(Е_0= BSw\) – амплитуда ЭДС.

Если с помощью контактных колец и скользящих по ним щеток соединить концы рамки с электрической цепью, то под действием ЭДС индукции, изменяющейся со временем по гармоническому закону, в электрической цепи возникнут вынужденные гармонические колебания силы тока – переменный ток.

На практике синусоидальная ЭДС возбуждается не путем вращения рамки в магнитном поле, а путем вращения магнита или электромагнита (ротора) внутри статора – неподвижных обмоток, навитых на сердечники из магнитомягкого материала. В этих обмотках находится переменная ЭДС, что позволяет избежать снятия напряжения с помощью контактных колец.

Также можно сказать, что электромагнитными колебаниями называются периодические изменения напряженности Е и индукции В.

Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи.

Как известно, для вынужденных колебаний характерно явление резонанса, которое заключается в возрастании амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты внешнего воздействия к резонансной частоте, зависящей от параметров колебательной системы.

В рассматриваемой цепи – колебательном контуре вынужденные колебания совершают сила тока, заряд и напряжение на конденсаторе, а также напряжение на катушке индуктивности.

Резонансными кривыми называются зависимости амплитудных значений, совершающих вынужденные колебания физических величин, от частоты внешнего воздействия, т. е., в нашем случае, от частоты источника ЭДС.

Закон Ома для рассматриваемой цепи – колебательного контура позволяет проанализировать зависимость амплитуды силы тока от частоты источника ЭДС:

Если амплитудное значение ЭДС, а также величины активного сопротивления, емкости и индуктивности постоянны, то амплитудное значение силы тока зависит только от частоты.

Максимальная амплитуда силы тока: \(I_= \frac\) при \(\omega L - \frac1<\omega C>=0.\) В этом случае частота источника ЭДС совпадает с собственной частотой колебательного контура: \(\omega _=\frac1>=\omega_0,\) т. е. для вынужденных колебаний силы тока наблюдается резонанс.

В однородном магнитном поле с индукцией \(4 ⋅ 10^\) Тл находится прямоугольная рамка. Сопротивление рамки равно \(0,8\) Ом. В начале плоскость рамки составляла угол \(30^\) с вектором индукции магнитного поля. Затем рамку повернули так, что вектор индукции стал параллелен плоскости рамки, при этом через рамку прошел заряд \(5\) мкКл. Определите площадь рамки.

В цепь включены катушка индуктивностью \(4\) Гн и конденсатор емкостью \(1\) мкФ. При какой циклической частоте тока в цепи возникнет резонанс?

В идеальном колебательном контуре ток изменяется по закону \(i = 0,1\cos 10πt\) А. Чему равна по модулю амплитуда заряда на конденсаторе?

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Мишарина Татьяна Валериановна

Цел урока: активизировать познавательную деятельность учащихся, развивать интерес к предмету, развивать умение применять ранее изученное в новой ситуации, ввести понятия и величины, связанные с вынужденными электромагнитными колебаниями и генератором переменного тока.

Дидактическое обеспечение.

1. Этап актуализации знаний ( 3 мин)

Учитель: Здравствуйте ребята. Для того чтобы перейти к изучению темы сегодняшнего урока нам надо вспомнить некоторые величины и законы изученные ранее.

( проводится фронтальный опрос, после каждого ответа ученика на первом слайде 1 появляется нужная формула, рисунок)

Вопросы фронтального опроса:

- что такое угловая скорость? Как зная угловую скорость найти угол поворота?

- закон Ома для полной цепи и как из него выразить ЭДС?

- что такое магнитный поток, как его можно представить наглядно и как можно изменить?

- какое явление возникает в ситуации, изображенной на слайде, если рамку начать вращать?

- в чем состоит явление электромагнитной индукции, и сформулируйте закон электромагнитной индукции.

- почему возникает ток в проводниках движущихся в постоянном магнитном поле и неподвижных, находящихся в переменном магнитном поле?

- какие колебания мы сейчас изучаем?

- чем свободные колебания отличаются от вынужденных?

- среди вынужденных колебаний главную роль играют колебания электромагнитной природы. Оказывается, мы используем эти колебания в своей жизни ежедневно. Как вы думаете, с какими колебаниями мы сегодня познакомимся?

Ученики: мы должны познакомиться с вынужденными электромагнитными колебаниями.

2. Этап изучения нового материала (35 мин)

Ученики: на заряженную частицу можно подействовать электрическим или магнитным полями.

Учитель: (показывает опыт: постоянный магнит вращает над катушкой с присоединенным к ней гальванометром)

- К каком виду колебаний относятся колебания электронов в катушке; почему они возникают в опыте; какой ток возникает в катушке?

Ученики: в катушке возникают вынужденные колебания электронов, так как катушка оказалась в переменном магнитном поле, которое породило вихревое электрическое, подействовавшее на электроны. Так как стрелка гальванометра колеблется, ток в катушке возникает переменный.

Учитель: что из себя представляют, вынужденные электромагнитные колебания?

Ученики: вынужденные электромагнитные колебания – это переменный электрический ток.

(определение появляется на 2 слайде)

Учитель: моделью какого устройства может служить установка этого опыта? Где возникает переменный электрический ток?

Ученики: этим устройством является генератор электростанций.

(информация появляется на 2 слайде)

Учитель: откройте страницу 83 в учебнике. Что вы видите на рисунке 72? Из каких частей обязательно должен состоять генератор?

Ученики: на рисунке изображена модель генератора, который состоит из катушки, находящейся между магнитными полюсами. (На слайде появляются части генератора).

Учитель: (показывает опыт) – эти же части генератора вы видите на данной модели. Что мне необходимо сделать в этой установке, чтобы пошел ток, и лампочка загорелась?

Ученики: чтобы появился ток рамку необходимо вращать в постоянном магнитном поле так, чтобы магнитный поток ее пронизывающий изменялся. (Показывается на слайде)

Учитель: запишите формулу магнитного потока и замените угол через угловую скорость и время. (Ученики комментируют свои записи и на слайде они так же появляются)

Учитель: по какой причине изменяется магнитный поток в наших опытах? Какое явление лежит в основе работы генератора? Каким законом оно описывается?

Ученики: магнитный поток изменяется, так как меняется угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости рамки. Если рамка вращается так, что число силовых линий ее пронизывающих меняется, то в ней возникает индукционный ток – это явление электромагнитной индукции. ЭДС индукции возникающая в замкнутом проводящем контуре равна скорости изменения магнитного потока (первой производной) с обратным знаком. (Закон появляется на слайде)

Учитель: возьмите производную магнитного потока

Ученики (комментируют, как берут производную, и соответствующие формулы появляются на слайде.)

Учитель: как называется величина, стоящая перед знаком синуса и косинуса и от чего она зависит?

Ученики: величина, стоящая перед знаком синуса и косинуса называется амплитудой ЭДС и зависит от величины магнитной индукции, площади рамки и частоты вращения.

Учитель: Какой должна быть цепь, чтобы по ней шел ток. Много ли генераторов мы используем? А потребителей? Как связаны их сопротивления? Запишите закон Ома для этой цепи.

Ученики: цепь должна быть замкнутой. Для нее выполняется закон Ома для полной цепи. (Комментируют запись закона, и он появляется на слайде) Внешнее сопротивление потребителей намного больше внутреннего сопротивления генератора.

Учитель: чему тогда равна ЭДС, и по какому закону будет меняться ток в цепи?

Ученики: ЭДС равна внешнему напряжению, а так как напряжение – причина тока, то он меняется по такому же закону. (Формулы появляются на слайде 2)

Учитель: то, что ток в генераторе меняется по гармоническому закону легко проверить при помощи осциллографа, присоединенного к розетке осветительной сети через трансформатор. Переменное напряжение в гнездах розетки осветительной сети создается генератором на электростанции. (Показ опыта)

Учитель: рассмотрим устройство и работу промышленного генератора. Преобладающую роль в наше время играют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. Почему они так называется? Найдите ответ на странице 115 в учебнике.

Ученики: (дают ответы на поставленные вопросы)

Учитель: сравните модели генераторов, которые вы увидели сегодня на уроке. Какая из них больше похожа на промышленный генератор и почему? Найдите ответы на вопросы на той же странице в учебнике.

Ученики: (дают ответы на поставленные вопросы с помощью учебника)

Учитель: как называются основные части генератора, и какова их роль? Чем можно заменить постоянные магниты? Чему равна стандартная частота переменного тока, и что это означает? Подумайте, почему роторы многополюсные? Найдите ответы на страницах 92 и 116 учебника и рассмотрите рисунок 97.

Ученики: (с помощью учебника отвечают на вопросы)

(постепенно эта информация появляется и на 3 слайде)

( если ученики затрудняются с ответом на какой либо вопрос, учитель задает дополнительные наводящие вопросы )

3. Этап закрепления знаний через решение задачи (5 мин)

Учитель: а теперь решим задачу на переменный ток. Это №1282:

Напряжение в цепи переменного тока меняется со временем по закону: u=308cos314t. Найдите: а) амплитуду напряжения; б) циклическую частоту, период и частоту переменного напряжения; в) значение напряжения в моменты времени 0,005с и 0,001с; г) постройте график изменения напряжения со временем.

Задачу решаем по цепочке с комментарием.

(учитель указывает начало цепочки, каждый ученик имеет право объяснить только одно действие задачи, если он его выполнить не может, то цепочка продолжается дальше)

Ученики: (решают задачу по цепочке, комментируя свои действия, а на экране, на слайде 4 появляются постепенно эти действия)

4. Заключительный этап (2 мин)

(Учитель подводит итоги урока и задает домашнее задание § №31 и 37; 11.Упр. 4. № 5)

Раздел ОГЭ по физике: 3.14. Переменный электрический ток. Электромагнитные колебания и волны. Шкала электромагнитных волн

Электромагнитные колебания

☑ Электромагнитными колебаниями называются периодические изменения напряжённости E и индукции B. Электромагнитными колебаниями являются радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи, гамма-лучи.

Обратие внимание! Существует близкий термин — электрические колебания. Это периодические ограниченные изменения величин заряда, тока или напряжения. Переменный электрический ток является одним из видов электрических колебаний.

Максвеллом было теоретически показано, а Герцем экспериментально доказано, что изменяющееся магнитное поле порождает переменное электрическое поле, в свою очередь переменное электрическое поле порождает переменное магнитное поле, т.е. в пространстве происходят изменения (колебания) характеристик электромагнитного поля.

Электромагнитные колебания происходят в колебательной системе, называемой колебательным контуром. Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности.

Если зарядить конденсатор и затем замкнуть его на катушку, то по цепи пойдёт электрический ток. При этом конденсатор начнёт разряжаться. Сначала сила тока в цепи будет увеличиваться, и появится ток самоиндукции, препятствующий увеличению основного тока и направленный против него. Через 1/2 часть периода конденсатор полностью разрядится, а сила тока в катушке станет максимальной. Затем сила тока начнет уменьшаться. Ток самоиндукции, который при этом возникнет, будет стремиться поддержать основной ток и будет направлен так же, как и он. Через 1/4 часть периода ток прекратится, и конденсатор перезарядится. Затем пойдет обратный процесс.

Таким образом, в колебательном контуре происходят электромагнитные колебания, т.е. периодические изменения заряда, силы тока, электрического и магнитного полей. Колебания, происходящие в колебательном контуре, благодаря начальному запасу энергии в конденсаторе называются свободными. В процессе колебаний энергия извне в контур не поступает.

Минимальный промежуток времени, через который процесс в колебательном контуре полностью повторяется, называется периодом (Т) электромагнитных колебаний. За период колебаний заряд на обкладках конденсатора изменяется от максимального значения до следующего максимального значения того же знака, или сила тока изменяется от максимального значения до следующего максимального значения при том же направлении тока.

Характеризуя электромагнитные колебания, часто говорят об их частоте. Частотой (v) колебаний называют число полных колебаний в одну секунду. Частота обратна периоду колебаний. Единицей частоты является 1 Гц. Частоту электромагнитных колебаний часто измеряют в килогерцах (1 кГц = = 1000 Гц) и в мегагерцах (1 МГц = 1 000 000 Гц).

Электромагнитные волны

Подобно тому как механические колебания распространяются в пространстве в виде механических волн, электромагнитные колебания распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн. Многочисленные эксперименты показывают, что электрическое и магнитное поля взаимосвязаны. Если в какой-либо точке пространства возникает переменное электрическое поле, то в соседних точках оно возбуждает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, возбуждает переменное электрическое поле и т.д. Таким образом, можно говорить об электромагнитном поле. Это поле и распространяется в пространстве.

☑ Процесс распространения периодически изменяющегося электромагнитного поля представляет собой электромагнитные волны.

Электромагнитные волны распространяются в вакууме со скоростью 300 000 км/с. Они характеризуются определённой длиной волны λ. Длина волны — это расстояние, на которое перемещается электромагнитная волна за время, равное периоду колебаний (Т). λ = сТ или λ = c/v, где с — скорость распространения электромагнитной волны, v — частота колебаний.

Электрически заряженные частицы могут колебаться с различной частотой. Соответственно, излучаемые при этом электромагнитные волны имеют разную длину волны. Поэтому диапазон частот электромагнитных волн очень широк: он лежит в пределах от 0 до 10 22 Гц, а длина волны — в пределах от 10 –14 м до бесконечности. По длине волны или по частоте электромагнитные волны можно разделить на восемь диапазонов. Обладая рядом общих свойств (интерференция, дифракция), волны разной частоты имеют и специфические свойства.

Переменный электрический ток

Любой ток, изменяющийся по времени, называют переменным. Чаще всего под переменным электрическим током понимают ток, изменяющийся по гармоническому закону.

Переменный электрический ток — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным.

Хотя переменный ток часто переводят на английский как alternating current, эти термины не являются эквивалентными. Термин alternating current (AC) в узком смысле означает синусоидальный ток, в широком смысле — периодический знакопеременный ток (то есть периодический двунаправленный ток). Условное обозначение на электроприборах: ≈ (знак синусоиды), или латинскими буквами AC.

Переменное напряжение, необходимое для возникновения переменного тока, получается с помощью генератора переменного тока. В простейшей модели генератора переменное напряжение возбуждается в замкнутой рамке сопротивлением R, которая равномерно вращается в однородном магнитном поле.

В этом случае сила переменного тока, текущего в рамке, определяется в соответствии с законом Ома:

Колебания напряжения на активном сопротивлении рамок совпадают по фазе с колебаниями силы тока.

Для характеристики действия переменного тока вводятся понятия действующей силы тока I и действующего напряжения U.

Действующей силой переменного тока I называют силу такого постоянного тока, который в том же проводнике и за то же время выделяет такое же количество тепла, что и данный переменный ток.

Действующим напряжением переменного тока U называют напряжение такого постоянного тока, который в том же проводнике и за то же время выделяет такое же количество тепла, что и данный переменный ток.

Действующие значения силы тока I и напряжения U определяются формулами:

где I, U — действующие значения тока и напряжения;
Im , Um — амплитудные значения тока и напряжения.

Амперметры и вольтметры, включенные в электрическую цепь переменного тока, измеряют действующие значения силы тока и напряжения.

Читайте также: