Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что называется элементарным магнитным потоком?

2. Что называется магнитным потоком через определенную поверхность?

3. Магнитный поток это векторная или скалярная характеристика МП?

4. При каких условиях магнитный поток через данную поверхность равен нулю?

5. При каких условиях магнитный поток равен произведению индукции магнитного поля на площадь поверхности?

6. Дайте определение циркуляции магнитного поля.

7. Циркуляция вектора индукции МП - это векторная или скалярная характеристика МП? Что такое элементарная циркуляция?

8. При каких условиях циркуляция некоторой векторной характеристики поля по замкнутому контуру равна 0?

9. При каких условиях циркуляция рассчитывается особенно просто?

10. Сформулируйте закон электромагнитной индукции в вакууме.

11. Какое поле является вихревым?

12. Чем отличается электрическое поле, созданное точечным зарядом, от электрического поля, появляющегося при наличии переменного магнитного поля?

13. Сформулируйте закон ЭМИ для замкнутого проводящего контура.

14. Опишите все способы создания переменного магнитного потока.

15. В результате чего изменяется со временем магнитный поток в данной работе?

16. Как выглядит поверхность, через которую формируется переменный магнитный поток в данной работе?

17. Какова зависимость магнитного потока от времени в данной работе?

литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 2004.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

2_3. Свободные затухающие колебания вrlc-контуре

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• Изучение процесса свободных затухающих колебаний в электрическом колебательном контуре и его компьютерное моделирование.

• Исследование на компьютерной модели закономерностей свободных затухающих колебаний.

• Определение величины индуктивности контура.

ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ

Ознакомьтесь с конспектом лекций по данной теме. Изучите по учебнику соответствующий материал [1] – Гл.18, §§ 143, 146. Кратко законспектируйте теорию. Рассмотрите изображение на рис. 1 и зарисуйте его в отчет по лабораторной работе. Подготовьте таблицы. Подготовьте ответы на вопросы и выполните задания для самоконтроля.

Получите допуск у преподавателя.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫМ RLC-КОНТУРОМ называетсязамкнутая цепь, содержащая катушку индуктивности с индуктивностью L, конденсатор с емкостью С и резистор с сопротивлением R.

НАПРЯЖЕНИЕ НА КОНДЕНСАТОРЕ: , (Q -заряд конденсатора).

ЭДС самоиндукции в катушке:_L(I– ток через катушку).

НАПРЯЖЕНИЕ НА идеальной (без потерь) КАТУШКЕ: U_L=-_L.

НАПРЯЖЕНИЕ НА РЕЗИСТОРЕ: .

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА: .

Если в цепи нет резистора (сопротивление R = 0), то в контуре возможныгармонические(незатухающие) колебания токаI, заряда конденсатораQи напряжения на элементах. Такие колебания называютсясвободными незатухающими.При теоретическом исследовании процессов в колебательном контуре используется закон Ома и правила (законы) Кирхгофа для цепей переменного тока. В результате получают различные дифференциальные уравнения. Ниже приведены некоторые частные случаи.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ свободных незатухающих колебаний заряда на конденсаторе q:

,

где ₀=–собственная частотаколебаний в контуре.

Его решение

Q (t) = Q _MAX cos(₀ t + ₀),

где – начальная фаза,Q _MAX - амплитуда.

Период колебаний:Т = 2.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ УРАВНЕНИЕ свободныхзатухающихколебаний, имеющих место при наличии в контуре резистораcсопротивлениемR

,

где =– коэффициент затухания.

Его решение:

Q(t) = Q _MAX е^-t cos(t + ₀), (1)

где – частота затухающих колебаний.

ПОСТОЯННАЯ ВРЕМЕНИ ЗАТУХАНИЯ в контуре есть время, за которое амплитуда колебаний уменьшается ве= 2,73 раз.

На графике зависимости амплитуды затухающих колебаний от времени (рис.1) касательная, проведенная к этому графику в начальный момент времени, пересекает ось времени в точке t = .

Q(t) огибающаяQ _MAXе^-t

А₁

А₂касательная к огибающей приt= 0

А₃

t₂ =Т t₃ = 2Т  t

Рис.1. Свободные затухающие колебания заряда на конденсаторе в контуре

ЛОГАРИФМИЧЕСКИМ ДЕКРЕМЕНТОМ ЗАТУХАНИЯ называется величина, определяемая формулой

.

Для N-ой амплитуды, измеряемой в момент времениNT, гдеN – целое, положительное число

(2)

ДОБРОТНОСТЬ контура равна Q=.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Запустите программу компьютерного моделирования. Выберите «Модель 2.3. Свободные колебания в RLC–контуре».

Закройте окно теории, если вы его открывали. Внимательно рассмотрите рис.2, найдите все регуляторы и другие основные элементы.

Рис.2. Модель колебательного контура с затуханием

ИЗМЕРЕНИЯ

1. Нажмите мышью кнопку «Сброс». Подведите маркер мыши к кнопке регулятора величины емкости конденсатора С. Нажимая на левую кнопку мыши, меняйте величину емкости конденсатора и установите числовое значение, взятое из табл.1 для вашей бригады.

2. Аналогичным способом установите величину индуктивности в соответствии с табл. 1.

3. Установите значение сопротивления резистора R= 1 Ом. Нажав кнопку «Старт», наблюдайте график зависимости заряда конденсатора от времени.

4. Останавливая процесс кнопкой «Стоп», измерьте линейкой длины отрезков, соответствующих шести первым амплитудам колебания заряда и запишите их в табл.2.

5. После измерения снова запустите процесс кнопкой «Старт». Меняя сопротивление R, повторите измерения амплитуд и заполните табл.2.

Таблица 1