რხევა, როგორც ფიზიკური გამოსახულებების კატეგორია, არის ფიზიკის ერთ-ერთი ძირითადი ცნება და, ზოგადად, განისაზღვრება, როგორც გარკვეული ფიზიკური სიდიდის შეცვლის განმეორებადი პროცესი. თუ ეს ცვლილებები მეორდება, მაშინ ეს ნიშნავს, რომ არის გარკვეული პერიოდი, რის შემდეგაც იგი იღებს იგივე მნიშვნელობას. დროის ამ პერიოდს ე.წ

და სინამდვილეში, რატომ არის რყევები? დიახ, რადგან თუ დააფიქსირებთ ამ სიდიდის მნიშვნელობას, ვთქვათ T1 მომენტში, მაშინ Tx მომენტში ის მიიღებს სხვა მნიშვნელობას, ვთქვათ, გაიზრდება და ცოტა ხნის შემდეგ ისევ გაიზრდება. მაგრამ ზრდა არ შეიძლება იყოს მარადიული, რადგან განმეორებითი პროცესისთვის დადგება მომენტი, როდესაც ეს ფიზიკური რაოდენობა უნდა განმეორდეს, ე.ი. კვლავ მიიღებს იგივე მნიშვნელობას, როგორც T1 მომენტში, თუმცა დროის მასშტაბით ეს უკვე არის T2 მომენტი.

რა შეიცვალა? დრო. გავიდა ერთი დროის ინტერვალი, რომელიც განმეორდება როგორც დროის მანძილი ფიზიკური სიდიდის იგივე მნიშვნელობებს შორის. და რა დაემართა ფიზიკურ რაოდენობას ამ დროის განმავლობაში? დიახ, არა უშავს, მან მხოლოდ ერთი ყოყმანი გააკეთა - მან გაიარა თავისი ცვლილებების სრული ციკლი - მაქსიმალურიდან მინიმალურ მნიშვნელობამდე. თუ T1-დან T2-ზე გადასვლის პროცესში დრო დაფიქსირდა, მაშინ სხვაობა T=T2-T1 იძლევა დროის პერიოდის რიცხვით გამოხატულებას.

რხევითი პროცესის კარგი მაგალითია ზამბარის ქანქარა. წონა მოძრაობს მაღლა და ქვევით, პროცესი მეორდება და ფიზიკური სიდიდის მნიშვნელობა, მაგალითად, ქანქარის სიმაღლე, მერყეობს მაქსიმალურ და მინიმალურ მნიშვნელობებს შორის.

რხევის პროცესის აღწერა მოიცავს პარამეტრებს, რომლებიც უნივერსალურია ნებისმიერი ხასიათის რხევებისთვის. ეს შეიძლება იყოს მექანიკური, ელექტრომაგნიტური ვიბრაციები და ა.შ. ამავდროულად, ყოველთვის მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ მისი არსებობისთვის რხევითი პროცესი აუცილებლად მოიცავს ორ ობიექტს, რომელთაგან თითოეულს შეუძლია მიიღოს და/ან მისცეს ენერგია - ეს არის სწორედ მექანიკური ან ელექტრომაგნიტური, რაც ზემოთ იყო განხილული. დროის ყოველ მომენტში, ერთი ობიექტი იძლევა ენერგიას, ხოლო მეორე იღებს. ამავე დროს, ენერგია ცვლის თავის არსს რაღაც ძალიან მსგავსში, მაგრამ არა ერთნაირად. ასე რომ, ქანქარის ენერგია გადაიქცევა შეკუმშული ზამბარის ენერგიად და ისინი პერიოდულად იცვლებიან რხევის პროცესში, წყვეტენ პარტნიორობის მარადიულ საკითხს - ვინ ვის უნდა აწიოს და დაწიოს, ე.ი. ენერგიის გათავისუფლება ან შენახვა.

ელექტრომაგნიტური რხევები უკვე სახელში შეიცავს მითითებას ალიანსის წევრების შესახებ - ელექტრო და და კარგად ცნობილი კონდენსატორი და ინდუქციური ემსახურება ამ ველების მცველებს. ელექტრულ წრეში დაკავშირებულები წარმოადგენენ რხევის წრეს, რომელშიც ენერგია გადადის ზუსტად ისევე, როგორც ქანქარაში - ელექტრული ენერგია გადადის ინდუქციურობის მაგნიტურ ველში და პირიქით.

თუ კონდენსატორი-ინდუქციური სისტემა თავისთვის დარჩა და მასში წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური რხევები, მაშინ მათი პერიოდი განისაზღვრება სისტემის პარამეტრებით, ე.ი. ინდუქციურობა და ტევადობა - სხვა არ არსებობს. მარტივად რომ ვთქვათ, იმისთვის, რომ ენერგია "ჩაასხათ" წყაროდან, ვთქვათ, კონდენსატორიდან (და ასევე არის მისი სახელის უფრო ზუსტი ანალოგი - "ტევადობა"), ინდუქციურობაში, თქვენ უნდა გაატაროთ დრო პროპორციულად. შენახული ენერგია, ანუ ტევადობა. სინამდვილეში, ამ "სიმძლავრის" მნიშვნელობა არის პარამეტრი, რომელზედაც დამოკიდებულია რხევის პერიოდი. მეტი სიმძლავრე, მეტი ენერგია - უფრო გრძელი ენერგიის გადაცემა, ელექტრომაგნიტური რხევების უფრო გრძელი პერიოდი.

რა ფიზიკური სიდიდეები შედის კომპლექტში, რომელიც განსაზღვრავს აღწერას მისი ყველა გამოვლინებით, მათ შორის რხევითი პროცესებით? ეს არის ველის კომპონენტები: მუხტი, მაგნიტური ინდუქცია, ძაბვა. უნდა აღინიშნოს, რომ ელექტრომაგნიტური რხევები ფენომენების ყველაზე ფართო სპექტრია, რომელსაც ჩვენ, როგორც წესი, იშვიათად ვუკავშირდებით ერთმანეთს, თუმცა ეს ერთი და იგივე არსია. და რით განსხვავდებიან ისინი? პირველი განსხვავება ნებისმიერ რყევებს შორის არის მათი პერიოდი, რომლის არსი ზემოთ იყო განხილული. ტექნოლოგიასა და მეცნიერებაში ჩვეულებრივად არის საუბარი პერიოდის მნიშვნელობის, სიხშირეზე - რხევების რაოდენობაზე წამში. სიხშირის სისტემის ერთეული არის ჰერცი.

ასე რომ, ელექტრომაგნიტური რხევების მთელი მასშტაბი არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სიხშირეების თანმიმდევრობა, რომელიც ვრცელდება სივრცეში.

პირობითად გამოირჩევა შემდეგი სექციები:

რადიოტალღები - სპექტრული ზონა 30 kHz-დან 3000 GHz-მდე;

ინფრაწითელი სხივები - სინათლეზე უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის გამოსხივების მონაკვეთი;

ხილული სინათლე;

ულტრაიისფერი სხივები - სინათლეზე მოკლე ტალღის სიგრძის გამოსხივების მონაკვეთი;

რენტგენის სხივები;

გამა სხივები.

გამოსხივების მთელი მოცემული დიაპაზონი არის იგივე ბუნების, მაგრამ განსხვავებული სიხშირის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება. სექციებად დაყოფა წმინდა უტილიტარული ხასიათისაა, რაც ნაკარნახევია ტექნიკური და სამეცნიერო აპლიკაციების მოხერხებულობით.

ფიზიკაში არსებობს სხვადასხვა სახის რხევები, რომლებიც ხასიათდება გარკვეული პარამეტრებით. განვიხილოთ მათი ძირითადი განსხვავებები, კლასიფიკაცია სხვადასხვა ფაქტორების მიხედვით.

ძირითადი განმარტებები

რხევა გაგებულია, როგორც პროცესი, რომლის დროსაც, რეგულარული ინტერვალებით, მოძრაობის ძირითად მახასიათებლებს აქვთ იგივე მნიშვნელობები.

ასეთ რხევებს ეწოდება პერიოდული, რომელშიც ძირითადი რაოდენობების მნიშვნელობები მეორდება რეგულარული ინტერვალებით (რხევების პერიოდი).

რხევითი პროცესების სახეობები

განვიხილოთ ფუნდამენტურ ფიზიკაში არსებული რხევების ძირითადი ტიპები.

თავისუფალი ვიბრაციები არის ის, რაც ხდება სისტემაში, რომელიც არ ექვემდებარება გარე ცვლადი ზემოქმედებას საწყისი დარტყმის შემდეგ.

თავისუფალი რხევების მაგალითია მათემატიკური ქანქარა.

იმ ტიპის მექანიკური ვიბრაციები, რომლებიც ხდება სისტემაში გარე ცვლადი ძალის გავლენის ქვეშ.

კლასიფიკაციის მახასიათებლები

ფიზიკური ბუნების მიხედვით განასხვავებენ რხევითი მოძრაობების შემდეგ ტიპებს:

• მექანიკური;
• თერმული;
• ელექტრომაგნიტური;
• შერეული.

გარემოსთან ურთიერთქმედების ვარიანტის მიხედვით

რხევების სახეები გარემოსთან ურთიერთქმედებაში იყოფა რამდენიმე ჯგუფად.

იძულებითი რხევები ჩნდება სისტემაში გარე პერიოდული მოქმედების მოქმედებით. ამ ტიპის რხევის მაგალითებად შეგვიძლია მივიჩნიოთ ხეებზე ხელების, ფოთლების მოძრაობა.

იძულებითი ჰარმონიული რხევებისთვის შეიძლება გამოჩნდეს რეზონანსი, რომელშიც, გარე მოქმედების სიხშირისა და ოსცილატორის თანაბარი მნიშვნელობებით, ამპლიტუდის მკვეთრი მატებით.

ბუნებრივი ვიბრაციები სისტემაში შინაგანი ძალების გავლენის ქვეშ, მას შემდეგ, რაც ის წონასწორობიდან გამოდის. თავისუფალი ვიბრაციების უმარტივესი ვარიანტია ტვირთის მოძრაობა, რომელიც შეჩერებულია ძაფზე ან მიმაგრებულია ზამბარაზე.

თვითრხევებს უწოდებენ ტიპებს, რომლებშიც სისტემას აქვს გარკვეული რაოდენობის პოტენციური ენერგია, რომელიც გამოიყენება რხევების გასაკეთებლად. მათი გამორჩეული თვისებაა ის ფაქტი, რომ ამპლიტუდა ხასიათდება თავად სისტემის თვისებებით და არა საწყისი პირობებით.

შემთხვევითი რხევებისთვის, გარე დატვირთვას აქვს შემთხვევითი მნიშვნელობა.

რხევითი მოძრაობების ძირითადი პარამეტრები

ყველა სახის რხევას აქვს გარკვეული მახასიათებლები, რაც ცალკე უნდა აღინიშნოს.

ამპლიტუდა არის მაქსიმალური გადახრა წონასწორობის პოზიციიდან, მერყევი მნიშვნელობის გადახრა, ის იზომება მეტრებში.

პერიოდი არის ერთი სრული რხევის დრო, რის შემდეგაც სისტემის მახასიათებლები მეორდება, გამოითვლება წამებში.

სიხშირე განისაზღვრება დროის ერთეულზე რხევების რაოდენობით, ის უკუპროპორციულია რხევის პერიოდის.

რხევის ფაზა ახასიათებს სისტემის მდგომარეობას.

ჰარმონიული ვიბრაციების მახასიათებელი

ასეთი ტიპის რხევები ხდება კოსინუსის ან სინუსის კანონის მიხედვით. ფურიემ შეძლო დაედგინა, რომ ნებისმიერი პერიოდული რხევა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ჰარმონიული ცვლილებების ჯამი გარკვეული ფუნქციის გაფართოებით.

მაგალითად, განვიხილოთ ქანქარა, რომელსაც აქვს გარკვეული პერიოდი და ციკლური სიხშირე.

რა ახასიათებს ამ ტიპის რხევებს? ფიზიკა განიხილავს იდეალიზებულ სისტემას, რომელიც შედგება მატერიალური წერტილისგან, რომელიც შეჩერებულია უწონად გაუწელვებელ ძაფზე, ირხევა გრავიტაციის გავლენით.

ამ ტიპის ვიბრაციას აქვს გარკვეული რაოდენობის ენერგია, ისინი გავრცელებულია ბუნებაში და ტექნოლოგიაში.

გახანგრძლივებული რხევითი მოძრაობით იცვლება მისი მასის ცენტრის კოორდინატები, ხოლო ალტერნატიული დენის დროს იცვლება წრეში დენის და ძაბვის მნიშვნელობა.

არსებობს ჰარმონიული რხევების სხვადასხვა სახეობა მათი ფიზიკური ხასიათის მიხედვით: ელექტრომაგნიტური, მექანიკური და ა.შ.

უხეში გზაზე მოძრავი სატრანსპორტო საშუალების რხევა მოქმედებს როგორც იძულებითი რხევა.

ძირითადი განსხვავებები იძულებით და თავისუფალ ვიბრაციას შორის

ამ ტიპის ელექტრომაგნიტური რხევები განსხვავდება ფიზიკური მახასიათებლებით. საშუალო წინააღმდეგობისა და ხახუნის ძალების არსებობა იწვევს თავისუფალი რხევების დემპიტირებას. იძულებითი რხევების შემთხვევაში ენერგიის დანაკარგები კომპენსირდება მისი დამატებითი მიწოდებით გარე წყაროდან.

გაზაფხულის ქანქარის პერიოდი აკავშირებს სხეულის მასას და ზამბარის სიმტკიცეს. მათემატიკური ქანქარის შემთხვევაში, ეს დამოკიდებულია ძაფის სიგრძეზე.

ცნობილი პერიოდით, შესაძლებელია გამოვთვალოთ რხევითი სისტემის ბუნებრივი სიხშირე.

ტექნოლოგიასა და ბუნებაში არის ვიბრაციები სხვადასხვა სიხშირის მნიშვნელობებით. მაგალითად, ქანქარას, რომელიც ირხევა სანქტ-პეტერბურგის წმინდა ისაკის ტაძარში, აქვს 0,05 ჰც სიხშირე, ხოლო ატომებისთვის რამდენიმე მილიონი მეგაჰერცი.

გარკვეული პერიოდის შემდეგ შეიმჩნევა თავისუფალი რხევების დემპინგი. სწორედ ამიტომ გამოიყენება იძულებითი რხევები რეალურ პრაქტიკაში. ისინი მოთხოვნადია სხვადასხვა ვიბრაციის მანქანებში. ვიბრაციული ჩაქუჩი არის დარტყმა-ვიბრაციული მანქანა, რომელიც განკუთვნილია მილების, წყობის და სხვა ლითონის კონსტრუქციების მიწაში გადასატანად.

ელექტრომაგნიტური ვიბრაციები

ვიბრაციის რეჟიმების მახასიათებლები მოიცავს ძირითადი ფიზიკური პარამეტრების ანალიზს: მუხტი, ძაბვა, დენის სიძლიერე. როგორც ელემენტარული სისტემა, რომელიც გამოიყენება ელექტრომაგნიტური რხევების დასაკვირვებლად, არის რხევითი წრე. იგი წარმოიქმნება სპირალისა და კონდენსატორის შეერთებით.

როდესაც წრე დახურულია, მასში წარმოიქმნება თავისუფალი ელექტრომაგნიტური რხევები, რომლებიც დაკავშირებულია კონდენსატორზე ელექტრული მუხტის პერიოდულ ცვლილებებთან და კოჭში არსებულ დენთან.

ისინი თავისუფალია იმის გამო, რომ მათი შესრულებისას არ არის გარეგანი გავლენა, არამედ გამოიყენება მხოლოდ ენერგია, რომელიც ინახება თავად წრეში.

გარეგანი გავლენის არარსებობის შემთხვევაში, გარკვეული პერიოდის შემდეგ, შეინიშნება ელექტრომაგნიტური რხევის შესუსტება. ამ ფენომენის მიზეზი იქნება კონდენსატორის თანდათანობითი გამონადენი, ისევე როგორც წინააღმდეგობა, რომელიც რეალურად აქვს კოჭას.

სწორედ ამიტომ, დარბილებული რხევები ხდება რეალურ წრეში. კონდენსატორზე დატენვის შემცირება იწვევს ენერგიის ღირებულების შემცირებას მის თავდაპირველ მნიშვნელობასთან შედარებით. ნელ-ნელა სითბოს სახით გამოიყოფა შემაერთებელ მავთულხლართებზე და ხვეულზე, კონდენსატორი მთლიანად დაითხოვება და დასრულდება ელექტრომაგნიტური რხევა.

რყევების მნიშვნელობა მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში

ნებისმიერი მოძრაობა, რომელსაც აქვს გარკვეული ხარისხის გამეორება, არის რხევები. მაგალითად, მათემატიკური გულსაკიდი ხასიათდება თავდაპირველი ვერტიკალური პოზიციიდან ორივე მიმართულებით სისტემატური გადახრით.

ზამბარის ქანქარისთვის ერთი სრული რხევა შეესაბამება მის მოძრაობას საწყისი პოზიციიდან ზემოთ და ქვემოთ.

ელექტრულ წრეში, რომელსაც აქვს ტევადობა და ინდუქცია, ხდება მუხტის განმეორება კონდენსატორის ფირფიტებზე. რა არის რხევითი მოძრაობების მიზეზი? გულსაკიდი ფუნქციონირებს იმის გამო, რომ გრავიტაცია იწვევს მის საწყის მდგომარეობაში დაბრუნებას. ზამბარის მოდელის შემთხვევაში მსგავს ფუნქციას ასრულებს ზამბარის დრეკადობის ძალა. წონასწორობის პოზიციის გავლისას, დატვირთვას აქვს გარკვეული სიჩქარე, ამიტომ ინერციით ის მოძრაობს საშუალო მდგომარეობას.

ელექტრული რხევები შეიძლება აიხსნას პოტენციური სხვაობით, რომელიც არსებობს დამუხტული კონდენსატორის ფირფიტებს შორის. მაშინაც კი, როდესაც ის მთლიანად დაცლილია, დენი არ ქრება, ის იტენება.

თანამედროვე ტექნოლოგიაში გამოიყენება რხევები, რომლებიც საგრძნობლად განსხვავდებიან ბუნებით, განმეორების ხარისხით, ხასიათით და ასევე წარმოქმნის „მექანიზმით“.

მექანიკური ვიბრაციები წარმოიქმნება მუსიკალური ინსტრუმენტების სიმებით, ზღვის ტალღებითა და ქანქარით. სხვადასხვა ურთიერთქმედების ჩატარებისას მხედველობაში მიიღება ქიმიური რყევები, რომლებიც დაკავშირებულია რეაგენტების კონცენტრაციის ცვლილებასთან.

ელექტრომაგნიტური რხევები შესაძლებელს ხდის შექმნას სხვადასხვა ტექნიკური მოწყობილობა, მაგალითად, ტელეფონი, ულტრაბგერითი სამედიცინო მოწყობილობა.

ცეფეიდების სიკაშკაშის რყევები განსაკუთრებულ ინტერესს იწვევს ასტროფიზიკაში და მათ სწავლობენ სხვადასხვა ქვეყნის მეცნიერები.

დასკვნა

ყველა სახის რხევა მჭიდრო კავშირშია უამრავ ტექნიკურ პროცესთან და ფიზიკურ მოვლენებთან. მათი პრაქტიკული მნიშვნელობა დიდია თვითმფრინავების მშენებლობაში, გემთმშენებლობაში, საცხოვრებელი კომპლექსების მშენებლობაში, ელექტროინჟინერიაში, რადიოელექტრონიკაში, მედიცინასა და ფუნდამენტურ მეცნიერებაში. ფიზიოლოგიაში ტიპიური რხევითი პროცესის მაგალითია გულის კუნთის მოძრაობა. მექანიკური ვიბრაციები გვხვდება ორგანულ და არაორგანულ ქიმიაში, მეტეოროლოგიაში და ასევე ბევრ სხვა საბუნებისმეტყველო მეცნიერებაში.

მათემატიკური ქანქარის პირველი კვლევები ჩატარდა მეჩვიდმეტე საუკუნეში და მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს მეცნიერებმა შეძლეს დაედგინათ ელექტრომაგნიტური რხევების ბუნება. რუსმა მეცნიერმა ალექსანდრე პოპოვმა, რომელიც რადიოკომუნიკაციების „მამად“ ითვლება, ექსპერიმენტები სწორედ ელექტრომაგნიტური რხევების თეორიის, ტომსონის, ჰაიგენსის და რეილის კვლევის შედეგების საფუძველზე ჩაატარა. მან მოახერხა ელექტრომაგნიტური რხევების პრაქტიკული გამოყენების პოვნა, მათი გამოყენება რადიოსიგნალის დიდ მანძილზე გადასაცემად.

აკადემიკოსი P.N. Lebedev მრავალი წლის განმავლობაში ატარებდა ექსპერიმენტებს, რომლებიც დაკავშირებულია მაღალი სიხშირის ელექტრომაგნიტური რხევების წარმოებასთან ალტერნატიული ელექტრული ველების გამოყენებით. მრავალი ექსპერიმენტის წყალობით, რომელიც დაკავშირებულია სხვადასხვა სახის რხევებთან, მეცნიერებმა მოახერხეს თანამედროვე მეცნიერებასა და ტექნოლოგიაში მათი ოპტიმალური გამოყენების არეების პოვნა.

§ 3.5. ელექტრომაგნიტური რხევები და ტალღები

ელექტრომაგნიტური რხევები არის პერიოდული ცვლილებები ელექტრული წრეში ელექტრული და მაგნიტური რაოდენობით დროთა განმავლობაში.

რხევების დროს ხდება სისტემის ენერგიის ერთი ფორმიდან მეორეში გადაქცევის უწყვეტი პროცესი. ელექტრომაგნიტური ველის რხევების შემთხვევაში გაცვლა შეიძლება მოხდეს მხოლოდ ამ ველის ელექტრულ და მაგნიტურ კომპონენტებს შორის. უმარტივესი სისტემა, სადაც ეს პროცესი შეიძლება მოხდეს, არის რხევითი წრე. იდეალური რხევითი წრე (LC წრე) არის ელექტრული წრე, რომელიც შედგება კოჭისგან ინდუქციით. ლდა კონდენსატორი C.

განსხვავებით რეალური რხევითი სქემისგან, რომელსაც აქვს ელექტრული წინააღმდეგობა რ, იდეალური წრედის ელექტრული წინააღმდეგობა ყოველთვის ნულია. მაშასადამე, იდეალური რხევითი წრე არის რეალური წრედის გამარტივებული მოდელი.

განვიხილოთ პროცესები, რომლებიც ხდება რხევის წრეში. სისტემის წონასწორობიდან გამოსაყვანად, ჩვენ ვმუხტავთ კონდენსატორს ისე, რომ მის ფირფიტებზე იყოს Q მუხტი. მ. კონდენსატორის დატენვის და მასზე ძაბვის შესახებ ფორმულიდან ვხვდებით კონდენსატორზე მაქსიმალური ძაბვის მნიშვნელობას.
. წრეში არ არის დენი დროის ამ მომენტში, ე.ი.
. კონდენსატორის დამუხტვისთანავე, მისი ელექტრული ველის გავლენით, წრეში გამოჩნდება ელექტრული დენი, რომლის ღირებულება დროთა განმავლობაში გაიზრდება. კონდენსატორი ამ დროს დაიწყებს განმუხტვას, რადგან. ელექტრონები, რომლებიც ქმნიან დენს (შეგახსენებთ, რომ დადებითი მუხტების მოძრაობის მიმართულება აღებულია დენის მიმართულებად) ტოვებენ კონდენსატორის უარყოფით ფირფიტას და მიდიან დადებითზე. დამუხტვასთან ერთად ქდაძაბულობა შემცირდება u.კოჭის მეშვეობით მიმდინარე სიმტკიცის გაზრდით, წარმოიქმნება თვითინდუქციის EMF, რაც ხელს უშლის დენის სიძლიერის ცვლილებას (მატებას). შედეგად, რხევის წრეში დენის სიძლიერე გაიზრდება ნულიდან გარკვეულ მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე არა მყისიერად, არამედ გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, რომელიც განისაზღვრება კოჭის ინდუქციურობით. კონდენსატორის დატენვა ქმცირდება და დროის რაღაც მომენტში ხდება ნულის ტოლი ( ქ = 0, u= 0), კოჭში დენი მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას მე მ. კონდენსატორის ელექტრული ველის (და წინააღმდეგობის) გარეშე ელექტრონები, რომლებიც ქმნიან დენს, განაგრძობენ მოძრაობას ინერციით. ამ შემთხვევაში, კონდენსატორის ნეიტრალურ ფირფიტაზე მისული ელექტრონები მას უარყოფით მუხტს ანიჭებენ, ნეიტრალური ფირფიტიდან გამოსული ელექტრონები - დადებით მუხტს. კონდენსატორი იწყებს დატენვას ქ(და ძაბვა u), მაგრამ საპირისპირო ნიშნით, ე.ი. კონდენსატორი დატენულია. ახლა კონდენსატორის ახალი ელექტრული ველი ხელს უშლის ელექტრონების მოძრაობას, ამიტომ დენი იწყებს კლებას. ისევ და ისევ, ეს არ ხდება მყისიერად, რადგან ახლა თვითინდუქციური EMF ცდილობს ანაზღაუროს დენის შემცირება და "მხარდაჭერა" მას. და დენის ღირებულება მე მაღმოჩნდა მაქსიმალური დენიკონტურში. გარდა ამისა, მიმდინარე სიძლიერე ხდება ნულის ტოლი და კონდენსატორის მუხტი აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას ქ მ (U მ). და ისევ, კონდენსატორის ელექტრული ველის მოქმედებით, წრეში გამოჩნდება ელექტრული დენი, მაგრამ მიმართული საპირისპირო მიმართულებით, რომლის ღირებულება დროთა განმავლობაში გაიზრდება. და კონდენსატორი ამ დროს განმუხტავს. და ა.შ.

მას შემდეგ, რაც დატენვა კონდენსატორზე ქ(და ძაბვა u) განსაზღვრავს მისი ელექტრული ველის ენერგიას ვ ე და კოჭის დენი არის მაგნიტური ველის ენერგია wm შემდეგ დატენვის, ძაბვის და დენის სიძლიერის ცვლილებებთან ერთად შეიცვლება ენერგიებიც.

ელექტრომაგნიტური ვიბრაციები არის ელექტრული მუხტის, დენის სიძლიერის, ძაბვის რყევები, ელექტრული ველის სიძლიერის დაკავშირებული რყევები და მაგნიტური ველის ინდუქცია.

თავისუფალი ვიბრაციები არის ის, რაც ხდება დახურულ სისტემაში ამ სისტემის სტაბილური წონასწორობის მდგომარეობიდან გადახრის გამო. რაც შეეხება რხევის წრეს, ეს ნიშნავს, რომ თავისუფალი ელექტრომაგნიტური რხევები რხევის წრეში ხდება მას შემდეგ, რაც ენერგია მიეწოდება სისტემას (კონდენსატორის დამუხტვა ან დენი, რომელიც გადის კოჭში).

რხევების ციკლური სიხშირე და პერიოდი რხევების წრეში განისაზღვრება ფორმულებით:
,
.

მაქსველმა თეორიულად იწინასწარმეტყველა ელექტრომაგნიტური ტალღების არსებობა, ე.ი. ალტერნატიული ელექტრომაგნიტური ველი, რომელიც ვრცელდება სივრცეში სასრული სიჩქარით და შექმნა სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია.

ელექტრომაგნიტური ტალღა არის ვექტორების რხევების დროთა განმავლობაში სივრცეში გავრცელება და .

თუ სწრაფად ცვალებადი ელექტრული ველი წარმოიქმნება სივრცის ნებისმიერ წერტილში, მაშინ ის იწვევს ალტერნატიული მაგნიტური ველის გამოჩენას მეზობელ წერტილებში, რაც, თავის მხრივ, აღაგზნებს ალტერნატიული ელექტრული ველის გამოჩენას და ა.შ. რაც უფრო სწრაფად იცვლება მაგნიტური ველი (მეტი ), მით უფრო ინტენსიურია წარმოქმნილი ელექტრული ველი ედა პირიქით. ამრიგად, ინტენსიური ელექტრომაგნიტური ტალღების წარმოქმნის აუცილებელი პირობაა ელექტრომაგნიტური რხევების საკმარისად მაღალი სიხშირე.

მაქსველის განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ თავისუფალ სივრცეში, სადაც არ არის დენი და მუხტი ( ჯ=0, ქ=0) ელექტრომაგნიტური ტალღები განივია, ე.ი. ტალღის სიჩქარის ვექტორი ვექტორების პერპენდიკულარული და და ვექტორები
შექმენით მარჯვენა ხელის სამეული.

მ
ელექტრომაგნიტური ტალღის მოდელი ნაჩვენებია ფიგურაში. ეს არის სიბრტყის ხაზოვანი პოლარიზებული ტალღა. ტალღის სიგრძე
, სად თარის რხევის პერიოდი, - რხევის სიხშირე. ოპტიკასა და რადიოფიზიკაში ელექტრომაგნიტური ტალღის მოდელი გამოიხატება ვექტორებით.
. მაქსველის განტოლებიდან გამომდინარეობს
. ეს ნიშნავს, რომ მოგზაურობის ელექტრომაგნიტურ ტალღაში ვექტორების რხევები და ხდება იმავე ფაზაში და ნებისმიერ დროს ტალღის ელექტრული ენერგია მაგნიტურის ტოლია.

ელექტრომაგნიტური ტალღის სიჩქარე გარემოში
სადაც ვარის ელექტრომაგნიტური ტალღის სიჩქარე მოცემულ გარემოში,
,თანარის ელექტრომაგნიტური ტალღის სიჩქარე ვაკუუმში, სინათლის სიჩქარის ტოლი.

გამოვიტანოთ ტალღის განტოლება.

როგორც ცნობილია რხევების თეორიიდან, x ღერძის გასწვრივ გავრცელებული სიბრტყე ტალღის განტოლება
, სად
- მერყევი მნიშვნელობა (ამ შემთხვევაში E ან H), v - ტალღის სიჩქარე, ω არის ციკლური რხევის სიხშირე.

ასე რომ, ტალღის განტოლება
ჩვენ ორჯერ განვასხვავებთ მას ტდა მიერ x.
,
. აქედან ვიღებთ
. ანალოგიურად, შეგიძლიათ მიიღოთ
. ზოგად შემთხვევაში, როდესაც ტალღა ვრცელდება თვითნებური მიმართულებით, ეს განტოლებები უნდა დაიწეროს როგორც:
,
. გამოხატულება
ლაპლასის ოპერატორს უწოდებენ. ამრიგად,

. ამ გამოთქმებს ტალღის განტოლებები ეწოდება.

რხევის წრეში ხდება კონდენსატორის ელექტრული ენერგიის პერიოდული გადაქცევა
ინდუქტორის მაგნიტურ ენერგიაში
. რხევის პერიოდი
. ამ შემთხვევაში ელექტრომაგნიტური ტალღების გამოსხივება მცირეა, რადგან. ელექტრული ველი კონცენტრირებულია კონდენსატორში, ხოლო მაგნიტური ველი კონცენტრირებულია სოლენოიდის შიგნით. იმისათვის, რომ გამოსხივება შესამჩნევი იყოს, თქვენ უნდა გაზარდოთ მანძილი კონდენსატორის ფირფიტებს შორის თანდა ხვეული ტრიალებს ლ. ამ შემთხვევაში, ველის მიერ დაკავებული მოცულობა გაიზრდება, ლდა თან– შემცირდება, ე.ი. გაიზრდება რხევების სიხშირე.

ექსპერიმენტულად, ელექტრომაგნიტური ტალღები პირველად მიიღო ჰერცმა (1888) მის მიერ გამოგონილი ვიბრატორის გამოყენებით. პოპოვმა (1896) გამოიგონა რადიო, ე.ი. იყენებდა ელექტრომაგნიტურ ტალღებს ინფორმაციის გადასაცემად.

ელექტრომაგნიტური ტალღის მიერ გადატანილი ენერგიის დასახასიათებლად შემოღებულია ენერგიის ნაკადის სიმკვრივის ვექტორი. ის ტოლია ტალღის მიერ 1 წამში გადატანილი ენერგიის ერთეული ფართობის სიჩქარის ვექტორზე პერპენდიკულარული .
სადაც
არის მოცულობითი ენერგიის სიმკვრივე, v არის ტალღის სიჩქარე.

ნაყარი ენერგიის სიმკვრივე
შედგება ელექტრული და მაგნიტური ველის ენერგიისგან
.

იმის გათვალისწინებით
, შეიძლება დაიწეროს
. აქედან გამომდინარეობს ენერგიის ნაკადის სიმკვრივე. Იმდენად, რამდენადაც
, ვიღებთ
. ეს არის Umov-Poynting ვექტორი.

ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბი არის ელექტრომაგნიტური ტალღების დიაპაზონის განლაგება, მათი ტალღის სიგრძე λ და შესაბამისი თვისებების მიხედვით.

1) რადიოტალღები. ტალღის სიგრძე λ არის ასობით კილომეტრიდან სანტიმეტრამდე. რადიოტექნიკა გამოიყენება გენერირებისთვის და რეგისტრაციისთვის.

2) მიკროტალღური რეგიონი λ 10 სმ-დან 0,1 სმ-მდე ეს არის რადარის დიაპაზონი ან მიკროტალღური (სუპერ მაღალი სიხშირის) დიაპაზონი. ამ ტალღების გენერირებისთვის და რეგისტრაციისთვის არის სპეციალური მიკროტალღური მოწყობილობა.

3) ინფრაწითელი (IR) რეგიონი λ~1მმ 800ნმ. რადიაციის წყაროები გაცხელებული სხეულებია. მიმღები - თერმული ფოტოცელები, თერმოელემენტები, ბოლომეტრები.

4) ადამიანის თვალით აღქმული ხილული სინათლე. λ~0,76 0,4 მკმ.

5) ულტრაიისფერი (UV) რეგიონი λ~400 10 ნმ. წყაროები - გაზის გამონადენი. ინდიკატორები - ფოტოგრაფიული ფირფიტები.

6) რენტგენის გამოსხივება λ~10ნმ 10 -3 ნმ. წყაროები - რენტგენის მილები. ინდიკატორები - ფოტოგრაფიული ფირფიტები.

7) γ-სხივები λ<10пм. Источники – радиоактивные превращения. Индикаторы – специальные счетчики.

ელექტრულ წრეს, რომელიც შედგება ინდუქტორისა და კონდენსატორისგან (იხ. ფიგურა) ეწოდება რხევადი წრე. ამ წრეში შეიძლება მოხდეს თავისებური ელექტრული რხევები. მოდით, მაგალითად, დროის საწყის მომენტში დავამუხტოთ კონდენსატორის ფირფიტები დადებითი და უარყოფითი მუხტებით და შემდეგ მივცეთ მუხტების გადაადგილება. თუ სპირალი არ იქნებოდა, კონდენსატორი იწყებდა გამონადენს, ელექტრული დენი გამოჩნდებოდა წრეში მცირე ხნით და მუხტები გაქრებოდა. სწორედ აქ ხდება შემდეგი. ჯერ თვითინდუქციის გამო კოჭა აფერხებს დენის მატებას, შემდეგ კი, როდესაც დენი იწყებს კლებას, ხელს უშლის მის შემცირებას, ე.ი. ინარჩუნებს დენს. შედეგად, თვითინდუქციური EMF მუხტავს კონდენსატორს საპირისპირო პოლარობით: ფირფიტა, რომელიც თავდაპირველად დადებითად იყო დამუხტული, იძენს უარყოფით მუხტს, მეორე ხდება დადებითი. თუ არ არის ელექტრული ენერგიის დაკარგვა (სქემის ელემენტების დაბალი წინააღმდეგობის შემთხვევაში), მაშინ ამ მუხტების სიდიდე იგივე იქნება, რაც კონდენსატორის ფირფიტების საწყისი მუხტების სიდიდე. სამომავლოდ განმეორდება მუხტების გადაადგილების პროცესის მოძრაობა. ამრიგად, წრეში მუხტების მოძრაობა რხევითი პროცესია.

ელექტრომაგნიტური რხევებისადმი მიძღვნილი გამოცდის ამოცანების გადასაჭრელად, თქვენ უნდა გახსოვდეთ არაერთი ფაქტი და ფორმულა რხევის წრესთან დაკავშირებით. პირველ რიგში, თქვენ უნდა იცოდეთ წრედში რხევის პერიოდის ფორმულა. მეორეც, შეეძლოს ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამოყენება რხევის წრედზე. და ბოლოს (მიუხედავად იმისა, რომ ასეთი ამოცანები იშვიათია), დროდადრო შეძლოთ კოჭის მეშვეობით დენის დამოკიდებულება და კონდენსატორზე ძაბვის გამოყენება.

რხევის წრეში ელექტრომაგნიტური რხევების პერიოდი განისაზღვრება მიმართებით:

სადაც და არის მუხტი კონდენსატორზე და დენი კოჭში დროის ამ მომენტში, და არის კონდენსატორის ტევადობა და კოჭის ინდუქციურობა. თუ მიკროსქემის ელემენტების ელექტრული წინააღმდეგობა მცირეა, მაშინ მიკროსქემის ელექტრული ენერგია (24.2) პრაქტიკულად უცვლელი რჩება, მიუხედავად იმისა, რომ კონდენსატორის მუხტი და კოჭში დენი დროთა განმავლობაში იცვლება. ფორმულიდან (24.4) გამომდინარეობს, რომ წრეში ელექტრული რხევების დროს ხდება ენერგიის გარდაქმნები: დროის იმ მომენტებში, როდესაც კოჭში დენი ნულის ტოლია, წრედის მთელი ენერგია მცირდება კონდენსატორის ენერგიამდე. დროის იმ მომენტებში, როდესაც კონდენსატორის მუხტი ნულის ტოლია, წრედის ენერგია მცირდება კოჭის მაგნიტური ველის ენერგიამდე. ცხადია, დროის ამ მომენტებში, კონდენსატორის მუხტი ან დენი ხვეულში აღწევს მაქსიმალურ (ამპლიტუდის) მნიშვნელობებს.

წრეში ელექტრომაგნიტური რხევებით, კონდენსატორის მუხტი იცვლება დროთა განმავლობაში ჰარმონიული კანონის მიხედვით:

სტანდარტი ნებისმიერი ჰარმონიული ვიბრაციისთვის. ვინაიდან კოჭში დენი არის კონდენსატორის დამუხტვის წარმოებული დროზე, ფორმულიდან (24.4) შეიძლება აღმოვაჩინოთ კოჭში დენის დამოკიდებულება დროზე.

ფიზიკაში გამოცდაზე ხშირად სთავაზობენ დავალებებს ელექტრომაგნიტური ტალღებისთვის. ამ პრობლემების გადასაჭრელად საჭირო მინიმალური ცოდნა მოიცავს ელექტრომაგნიტური ტალღის ძირითადი თვისებების გააზრებას და ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბის ცოდნას. მოკლედ ჩამოვაყალიბოთ ეს ფაქტები და პრინციპები.

ელექტრომაგნიტური ველის კანონების მიხედვით, ალტერნატიული მაგნიტური ველი წარმოქმნის ელექტრულ ველს, ალტერნატიული ელექტრული ველი წარმოქმნის მაგნიტურ ველს. ამიტომ, თუ ერთ-ერთი ველი (მაგალითად, ელექტრული) იწყებს ცვლილებას, წარმოიქმნება მეორე ველი (მაგნიტური), რომელიც შემდეგ კვლავ წარმოქმნის პირველს (ელექტრო), შემდეგ ისევ მეორეს (მაგნიტურს) და ა.შ. ელექტრული და მაგნიტური ველების ერთმანეთში გადაქცევის პროცესს, რომელსაც შეუძლია სივრცეში გავრცელება, ელექტრომაგნიტური ტალღა ეწოდება. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ მიმართულებები, რომლებშიც ელექტრული და მაგნიტური ველის სიძლიერის ვექტორები იცვლება ელექტრომაგნიტურ ტალღაში, პერპენდიკულარულია მისი გავრცელების მიმართულებაზე. ეს ნიშნავს, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღები განივია. მაქსველის ელექტრომაგნიტური ველის თეორიაში დადასტურებულია, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღა იქმნება (ასხივებს) ელექტრული მუხტებით, როდესაც ისინი მოძრაობენ აჩქარებით. კერძოდ, ელექტრომაგნიტური ტალღის წყარო არის რხევითი წრე.

ელექტრომაგნიტური ტალღის სიგრძე, მისი სიხშირე (ან პერიოდი) და გავრცელების სიჩქარე დაკავშირებულია კავშირით, რომელიც მოქმედებს ნებისმიერი ტალღისთვის (იხ. ასევე ფორმულა (11.6)):

ვაკუუმში ელექტრომაგნიტური ტალღები სიჩქარით ვრცელდება = 3 10 8 მ/წმ, ელექტრომაგნიტური ტალღების სიჩქარე გარემოში ნაკლებია ვიდრე ვაკუუმში და ეს სიჩქარე დამოკიდებულია ტალღის სიხშირეზე. ამ ფენომენს ტალღის დისპერსიას უწოდებენ. ელექტრომაგნიტურ ტალღას აქვს ელასტიურ გარემოში გავრცელებული ტალღების ყველა თვისება: ჩარევა, დიფრაქცია და მასზე მოქმედებს ჰაიგენსის პრინციპი. ერთადერთი, რაც განასხვავებს ელექტრომაგნიტურ ტალღას, არის ის, რომ მას არ სჭირდება საშუალება გავრცელებისთვის - ელექტრომაგნიტურ ტალღას შეუძლია ვაკუუმშიც გავრცელდეს.

ბუნებაში ელექტრომაგნიტური ტალღები შეინიშნება ერთმანეთისგან ძალიან განსხვავებული სიხშირით და ამის გამო მათ აქვთ მნიშვნელოვნად განსხვავებული თვისებები (მიუხედავად ერთი და იგივე ფიზიკური ხასიათისა). ელექტრომაგნიტური ტალღების თვისებების კლასიფიკაციას მათი სიხშირის (ან ტალღის სიგრძის) მიხედვით ეწოდება ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბი. ჩვენ ვაძლევთ მოკლე მიმოხილვას ამ მასშტაბის შესახებ.

ელექტრომაგნიტურ ტალღებს 10 5 ჰც-ზე ნაკლები სიხშირით (ანუ რამდენიმე კილომეტრზე მეტი ტალღის სიგრძით) ეწოდება დაბალი სიხშირის ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. საყოფაცხოვრებო ელექტრო ტექნიკის უმეტესობა ასხივებს ამ დიაპაზონის ტალღებს.

ტალღებს, რომელთა სიხშირეა 10 5-დან 10 12 ჰც-მდე, რადიოტალღებს უწოდებენ. ეს ტალღები შეესაბამება ტალღის სიგრძეს ვაკუუმში რამდენიმე კილომეტრიდან რამდენიმე მილიმეტრამდე. ეს ტალღები გამოიყენება რადიო კომუნიკაციებისთვის, ტელევიზიისთვის, რადარებისთვის, მობილური ტელეფონებისთვის. ასეთი ტალღების გამოსხივების წყაროა ელექტრომაგნიტურ ველებში მოძრავი დამუხტული ნაწილაკები. რადიოტალღებს ასევე ასხივებენ თავისუფალი ლითონის ელექტრონები, რომლებიც რხევავენ რხევის წრეში.

ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბის რეგიონს, სიხშირით, რომელიც მდებარეობს 10 12 - 4.3 10 14 ჰც (და ტალღის სიგრძე რამდენიმე მილიმეტრიდან 760 ნმ-მდე) დიაპაზონში ინფრაწითელი გამოსხივება (ან ინფრაწითელი სხივები). გაცხელებული ნივთიერების მოლეკულები ემსახურება ასეთი გამოსხივების წყაროს. ადამიანი ასხივებს ინფრაწითელ ტალღებს ტალღის სიგრძით 5 - 10 მიკრონი.

ელექტრომაგნიტური გამოსხივება სიხშირის დიაპაზონში 4,3 10 14 - 7,7 10 14 ჰც (ან ტალღის სიგრძე 760 - 390 ნმ) ადამიანის თვალი აღიქმება როგორც სინათლე და მას ხილულ სინათლეს უწოდებენ. ამ დიაპაზონში სხვადასხვა სიხშირის ტალღები თვალის მიერ აღიქმება, როგორც სხვადასხვა ფერის მქონე. უმცირესი სიხშირის მქონე ტალღა ხილული დიაპაზონიდან 4.3 10 14 აღიქმება წითლად, უმაღლესი სიხშირით ხილულ დიაპაზონში 7.7 10 14 ჰც - იისფერი. ხილული სინათლე გამოიყოფა ატომებში ელექტრონების გადასვლისას, მყარი ნივთიერებების მოლეკულები გაცხელებულია 1000 ° C ან მეტ ტემპერატურაზე.

ტალღებს 7,7 10 14 - 10 17 ჰც სიხშირით (ტალღის სიგრძე 390-დან 1 ნმ-მდე) ჩვეულებრივ ულტრაიისფერ გამოსხივებას უწოდებენ. ულტრაიისფერ გამოსხივებას აქვს გამოხატული ბიოლოგიური ეფექტი: მას შეუძლია მოკლას მთელი რიგი მიკროორგანიზმები, გამოიწვიოს ადამიანის კანის პიგმენტაცია (გარუჯვა), გადაჭარბებული ზემოქმედების შემთხვევაში კი რიგ შემთხვევებში შეიძლება ხელი შეუწყოს ონკოლოგიური დაავადებების განვითარებას (კანის კიბო). ). ულტრაიისფერი სხივები შეიცავს მზის გამოსხივებას, ისინი იქმნება ლაბორატორიებში სპეციალური გაზგამშვები (კვარცის) ნათურებით.

ულტრაიისფერი გამოსხივების რეგიონის მიღმა მდებარეობს რენტგენის სხივების რეგიონი (სიხშირე 10 17 - 10 19 ჰც, ტალღის სიგრძე 1-დან 0,01 ნმ-მდე). ეს ტალღები გამოიყოფა შენელების დროს დამუხტული ნაწილაკების საკითხში, რომლებიც აჩქარებულია 1000 V ან მეტი ძაბვით. მათ აქვთ უნარი გაიარონ მატერიის სქელი ფენები, რომლებიც გაუმჭვირვალეა ხილული სინათლის ან ულტრაიისფერი გამოსხივების მიმართ. ამ თვისებიდან გამომდინარე, რენტგენი ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში ძვლის მოტეხილობებისა და რიგი დაავადებების დიაგნოსტიკისთვის. რენტგენი საზიანო გავლენას ახდენს ბიოლოგიურ ქსოვილებზე. ამ თვისებიდან გამომდინარე, მათი გამოყენება შესაძლებელია ონკოლოგიური დაავადებების სამკურნალოდ, თუმცა გადაჭარბებული რადიაციის ზემოქმედებისას ისინი სასიკვდილოა ადამიანისთვის, რაც იწვევს ორგანიზმში მთელ რიგ დარღვევებს. ძალიან მოკლე ტალღის სიგრძის გამო, რენტგენის სხივების ტალღური თვისებები (ინტერფერენცია და დიფრაქცია) შეიძლება გამოვლინდეს მხოლოდ ატომების ზომასთან შესადარებელ სტრუქტურებზე.

გამა გამოსხივებას (-გამოსხივებას) უწოდებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს 10 20 ჰც-ზე მეტი სიხშირით (ან ტალღის სიგრძე 0,01 ნმ-ზე ნაკლები). ასეთი ტალღები წარმოიქმნება ბირთვულ პროცესებში. რადიაციის მახასიათებელია მისი გამოხატული კორპუსკულური თვისებები (ანუ, ეს გამოსხივება იქცევა ნაწილაკების ნაკადად). ამიტომ, რადიაციას ხშირად მოიხსენიებენ, როგორც ნაწილაკების ნაკადს.

AT დავალება 24.1.1გაზომვის ერთეულებს შორის შესაბამისობის დასამყარებლად ვიყენებთ ფორმულას (24.1), საიდანაც ირკვევა, რომ რხევის პერიოდი წრეში კონდენსატორით 1 F სიმძლავრით და ინდუქციით 1 H უდრის წამს (პასუხი 1 ).

მოცემული სქემიდან დავალება 24.1.2, დავასკვნათ, რომ ელექტრომაგნიტური რხევების პერიოდი წრედში არის 4 ms (პასუხი 3 ).

ფორმულის მიხედვით (24.1) ვპოულობთ რხევის პერიოდს მოცემულ წრეში დავალება 24.1.3:
(პასუხი 4 ). გაითვალისწინეთ, რომ ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბის მიხედვით, ასეთი წრე ასხივებს გრძელი ტალღის რადიო დიაპაზონის ტალღებს.

რხევის პერიოდი არის ერთი სრული რხევის დრო. ეს ნიშნავს, რომ თუ დროის საწყის მომენტში კონდენსატორი დამუხტულია მაქსიმალური დატენვით ( დავალება 24.1.4), შემდეგ ნახევარი პერიოდის შემდეგ კონდენსატორიც დაიმუხტება მაქსიმალური მუხტით, ოღონდ საპირისპირო პოლარობით (თავიდან დადებითად დამუხტული ფირფიტა უარყოფითად დამუხტული იქნება). ხოლო წრედში მაქსიმალური დენი მიიღწევა ამ ორ მომენტს შორის, ე.ი. პერიოდის მეოთხედში (პასუხი 2 ).

თუ კოჭის ინდუქციურობა გაოთხმაგებულია ( დავალება 24.1.5), შემდეგ ფორმულის მიხედვით (24.1) წრეში რხევის პერიოდი გაორმაგდება და სიხშირე გაორმაგდა (პასუხი 2 ).

ფორმულის მიხედვით (24.1), კონდენსატორის ტევადობის ოთხჯერ გაზრდით ( დავალება 24.1.6) წრეში რხევის პერიოდი გაორმაგებულია (პასუხი 1 ).

როდესაც გასაღები დახურულია ( დავალება 24.1.7) წრედში ერთი კონდენსატორის ნაცვლად იმუშავებს პარალელურად დაკავშირებული ორი იგივე კონდენსატორი (იხ. სურათი). და ვინაიდან კონდენსატორების პარალელურად შეერთებისას მათი ტევადობა ემატება, გასაღების დახურვა იწვევს მიკროსქემის ტევადობის ორჯერ გაზრდას. მაშასადამე, ფორმულიდან (24.1) დავასკვნათ, რომ რხევის პერიოდი იზრდება ფაქტორით (პასუხი არის 3 ).

დაე, კონდენსატორზე მუხტი მერყეობდეს ციკლური სიხშირით ( დავალება 24.1.8). შემდეგ, (24.3) - (24.5) ფორმულების მიხედვით, კოჭში დენი იგივე სიხშირით ირხევა. ეს ნიშნავს, რომ დენის დამოკიდებულება დროზე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც . აქედან ვხვდებით კოჭის მაგნიტური ველის ენერგიის დამოკიდებულებას დროზე

ამ ფორმულიდან გამომდინარეობს, რომ ხვეულში მაგნიტური ველის ენერგია რხევა ორჯერ მეტი სიხშირით და, შესაბამისად, პერიოდით, რომელიც არის მუხტისა და დენის რხევების პერიოდის ნახევარი (პასუხი არის 1 ).

AT დავალება 24.1.9ვიყენებთ ენერგიის შენარჩუნების კანონს რხევის წრედისთვის. ფორმულიდან (24.2) გამომდინარეობს, რომ კონდენსატორზე ძაბვის ამპლიტუდის მნიშვნელობებისთვის და კოჭში არსებული დენისთვის, კავშირი

სად და არის კონდენსატორის მუხტის ამპლიტუდის მნიშვნელობები და დენი კოჭში. ამ ფორმულიდან, წრეში რხევის პერიოდისთვის მიმართების (24.1) გამოყენებით, ვპოულობთ დენის ამპლიტუდის მნიშვნელობას.

პასუხი 3 .

რადიოტალღები არის ელექტრომაგნიტური ტალღები სპეციფიკური სიხშირით. მაშასადამე, ვაკუუმში მათი გავრცელების სიჩქარე უდრის ნებისმიერი ელექტრომაგნიტური ტალღების და, კერძოდ, რენტგენის სხივების გავრცელების სიჩქარეს. ეს სიჩქარე სინათლის სიჩქარეა ( დავალება 24.2.1- უპასუხე 1 ).

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, დამუხტული ნაწილაკები ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს აჩქარებით მოძრაობისას. მაშასადამე, ტალღა არ გამოიყოფა მხოლოდ ერთგვაროვანი და მართკუთხა მოძრაობით ( დავალება 24.2.2- უპასუხე 1 ).

ელექტრომაგნიტური ტალღა არის ელექტრული და მაგნიტური ველი, რომელიც იცვლება სივრცეში და დროში განსაკუთრებული გზით და მხარს უჭერს ერთმანეთს. ამიტომ სწორი პასუხია დავალება 24.2.3 - 2 .

მდგომარეობიდან მოცემული ამოცანები 24.2.4გრაფიკიდან გამომდინარეობს, რომ ამ ტალღის პერიოდი არის - = 4 μs. ამრიგად, ფორმულიდან (24.6) ვიღებთ m (პასუხი 1 ).

AT დავალება 24.2.5ფორმულით (24.6) ვპოულობთ

(პასუხი 4 ).

რხევითი წრე უკავშირდება ელექტრომაგნიტური ტალღის მიმღების ანტენას. ტალღის ელექტრული ველი მოქმედებს წრედის თავისუფალ ელექტრონებზე და იწვევს მათ რხევას. თუ ტალღის სიხშირე ემთხვევა ელექტრომაგნიტური რხევების ბუნებრივ სიხშირეს, წრეში რხევების ამპლიტუდა იზრდება (რეზონანსი) და შეიძლება დარეგისტრირდეს. ამიტომ, ელექტრომაგნიტური ტალღის მისაღებად, წრეში ბუნებრივი რხევების სიხშირე უნდა იყოს ამ ტალღის სიხშირესთან ახლოს (ჩართვა უნდა იყოს მორგებული ტალღის სიხშირეზე). ამიტომ, თუ წრეს სჭირდება ხელახლა კონფიგურაცია ტალღის სიგრძიდან 100 მ ტალღის სიგრძემდე 25 მ ( დავალება 24.2.6), ელექტრომაგნიტური რხევების ბუნებრივი სიხშირე წრედში უნდა გაიზარდოს 4-ჯერ. ამისათვის, ფორმულების მიხედვით (24.1), (24.4), კონდენსატორის ტევადობა უნდა შემცირდეს 16-ჯერ (პასუხი 4 ).

ელექტრომაგნიტური ტალღების მასშტაბის მიხედვით (იხ. ამ თავის შესავალი), მდგომარეობაში ჩამოთვლილი ტალღების მაქსიმალური სიგრძე ამოცანები 24.2.7ელექტრომაგნიტურ ტალღებს აქვს გამოსხივება რადიო გადამცემის ანტენიდან (პასუხი 4 ).

მათ შორის ჩამოთვლილთა შორის დავალება 24.2.8ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, რენტგენის გამოსხივებას აქვს მაქსიმალური სიხშირე (პასუხი 2 ).

ელექტრომაგნიტური ტალღა განივია. ეს ნიშნავს, რომ ელექტრული ველის სიძლიერის და მაგნიტური ველის ინდუქციის ვექტორები ტალღაში ნებისმიერ დროს მიმართულია ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულურად. ამიტომ, როდესაც ტალღა ვრცელდება ღერძის მიმართულებით ( დავალება 24.2.9), ელექტრული ველის სიძლიერის ვექტორი მიმართულია ამ ღერძის პერპენდიკულურად. ამიტომ, მისი პროექცია ღერძზე აუცილებლად ნულის ტოლია = 0 (პასუხი 3 ).

ელექტრომაგნიტური ტალღის გავრცელების სიჩქარე თითოეული საშუალების ინდივიდუალური მახასიათებელია. ამიტომ, როდესაც ელექტრომაგნიტური ტალღა გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე (ან ვაკუუმიდან საშუალოზე), ელექტრომაგნიტური ტალღის სიჩქარე იცვლება. და რა შეიძლება ითქვას ფორმულაში (24.6) შეტანილი ტალღის დანარჩენ ორ პარამეტრზე - ტალღის სიგრძეზე და სიხშირეზე. შეიცვლება თუ არა ისინი, როდესაც ტალღა გადადის ერთი საშუალოდან მეორეზე ( დავალება 24.2.10)? ცხადია, ტალღის სიხშირე არ იცვლება ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას. მართლაც, ტალღა არის რხევითი პროცესი, რომლის დროსაც მონაცვლეობითი ელექტრომაგნიტური ველი ერთ გარემოში ქმნის და ინარჩუნებს ველს სხვა გარემოში ზუსტად ამ ცვლილებების გამო. ამიტომ, ამ პერიოდული პროცესების პერიოდები (და შესაბამისად სიხშირეები) ერთსა და მეორე გარემოში უნდა ემთხვეოდეს (პასუხი არის 3 ). და რადგან ტალღის სიჩქარე სხვადასხვა მედიაში განსხვავებულია, მსჯელობიდან და ფორმულიდან (24.6) გამომდინარეობს, რომ ტალღის სიგრძე იცვლება ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას.

ელექტრულ სქემებში, ისევე როგორც მექანიკურ სისტემებში, როგორიცაა ზამბარის წონა ან გულსაკიდი, უფასო ვიბრაციები.

ელექტრომაგნიტური ვიბრაციებიეწოდება პერიოდულ ურთიერთდაკავშირებულ ცვლილებებს მუხტის, დენისა და ძაბვის დროს.

უფასორხევებს უწოდებენ ისეთებს, რომლებიც წარმოიქმნება გარე გავლენის გარეშე, თავდაპირველად დაგროვილი ენერგიის გამო.

იძულებულიეწოდება რხევებს წრედში გარე პერიოდული ელექტრომამოძრავებელი ძალის მოქმედებით

თავისუფალი ელექტრომაგნიტური რხევები პერიოდულად იმეორებენ ცვლილებებს ელექტრომაგნიტურ რაოდენობებში (ქ- ელექტრული მუხტი,მე- მიმდინარე ძალა,U- პოტენციური განსხვავება) ხდება გარე წყაროებიდან ენერგიის მოხმარების გარეშე.

უმარტივესი ელექტრული სისტემა, რომელსაც შეუძლია თავისუფლად რხევა, არის სერიული RLC მარყუჟიან რხევითი წრე.

რხევითი წრე -არის სისტემა, რომელიც შედგება სერიასთან დაკავშირებული ტევადობის კონდენსატორებისგანC, ინდუქტორებილ და წინააღმდეგობის მქონე გამტარირ

განვიხილოთ დახურული რხევითი წრე, რომელიც შედგება L ინდუქციისგან და კონტეინერები თან.

ამ წრეში რხევების აღგზნებისთვის, აუცილებელია კონდენსატორის ინფორმირება წყაროდან გარკვეული მუხტის შესახებ. ε . როცა გასაღები კარის პოზიცია 1, კონდენსატორი დამუხტულია ძაბვაზე. გასაღების მე-2 პოზიციაზე გადართვის შემდეგ იწყება რეზისტორის მეშვეობით კონდენსატორის განმუხტვის პროცესი. რდა ინდუქტორი ლ. გარკვეულ პირობებში, ეს პროცესი შეიძლება იყოს რხევითი.

თავისუფალი ელექტრომაგნიტური რხევების დაკვირვება შესაძლებელია ოსილოსკოპის ეკრანზე.

როგორც ოსცილოსკოპზე მიღებული რხევის გრაფიკიდან ჩანს, თავისუფალი ელექტრომაგნიტური რხევები არის ქრებოდა, ანუ მათი ამპლიტუდა დროთა განმავლობაში მცირდება. ეს იმიტომ ხდება, რომ ელექტრული ენერგიის ნაწილი აქტიურ წინააღმდეგობაზე R გარდაიქმნება შიდა ენერგიად. გამტარი (გამტარი თბება, როდესაც მასში ელექტრული დენი გადის).

განვიხილოთ, როგორ ხდება რხევები რხევის წრეში და რა ცვლილებები ხდება ენერგიაში ამ შემთხვევაში. ჯერ განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც წრეში არ არის ელექტრომაგნიტური ენერგიის დანაკარგები ( რ = 0).

თუ კონდენსატორს დამუხტავთ ძაბვაზე U 0, მაშინ საწყის დროს t 1 = 0, კონდენსატორის ფირფიტებზე დადგინდება ძაბვის U 0 და დამუხტვის q 0 = CU 0 ამპლიტუდის მნიშვნელობები.

სისტემის ჯამური ენერგია W უდრის ელექტრული ველის ენერგიას W el:

თუ წრე დახურულია, მაშინ დენი იწყებს დინებას. ემფ გამოჩნდება წრედში. თვითინდუქცია

ხვეულში თვითინდუქციის გამო, კონდენსატორი იხსნება არა მყისიერად, არამედ თანდათანობით (რადგან, ლენცის წესის მიხედვით, მიღებული ინდუქციური დენი თავისი მაგნიტური ველით ეწინააღმდეგება მაგნიტური ნაკადის ცვლილებას, რომლითაც იგი გამოწვეულია. , ინდუქციური დენის მაგნიტური ველი არ იძლევა დენის მაგნიტურ ნაკადს მყისიერად გაზრდის კონტურში). ამ შემთხვევაში, დენი თანდათან იზრდება, აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას I 0 დროს t 2 =T/4 და კონდენსატორის დამუხტვა ხდება ნულის ტოლი.

კონდენსატორის გამორთვისას ელექტრული ველის ენერგია მცირდება, მაგრამ ამავე დროს მაგნიტური ველის ენერგია იზრდება. წრედის ჯამური ენერგია კონდენსატორის განმუხტვის შემდეგ უდრის მაგნიტური ველის ენერგიას W m:

დროის მომდევნო მომენტში, დენი მიედინება იმავე მიმართულებით, მცირდება ნულამდე, რაც იწვევს კონდენსატორის დატენვას. დენი მყისიერად არ ჩერდება კონდენსატორის გამორთვის შემდეგ თვითინდუქციის გამო (ახლა ინდუქციური დენის მაგნიტური ველი არ იძლევა დენის მაგნიტურ ნაკადს წრეში მყისიერად შემცირების საშუალებას). t 3 \u003d T / 2 დროს, კონდენსატორის დამუხტვა კვლავ მაქსიმალურია და ტოლია საწყისი დატენვის q \u003d q 0, ძაბვა ასევე უდრის საწყის U \u003d U 0-ს, ხოლო დენი წრეში არის ნული I \u003d 0.

შემდეგ კონდენსატორი კვლავ იხსნება, დენი მიედინება ინდუქტორში საპირისპირო მიმართულებით. გარკვეული პერიოდის შემდეგ T სისტემა უბრუნდება საწყის მდგომარეობას. სრული რხევა დასრულებულია, პროცესი მეორდება.

მუხტისა და დენის სიძლიერის ცვლილების გრაფიკი წრეში თავისუფალი ელექტრომაგნიტური რხევებით აჩვენებს, რომ დენის სიძლიერის რყევები ჩამორჩება მუხტის რყევებს π/2-ით.

ნებისმიერ დროს, მთლიანი ენერგია არის:

თავისუფალი ვიბრაციებით, ხდება ელექტრული ენერგიის პერიოდული ტრანსფორმაცია ვ e, ინახება კონდენსატორში, მაგნიტურ ენერგიად ვმ კოჭა და პირიქით. თუ რხევის წრეში არ არის ენერგიის დანაკარგები, მაშინ სისტემის მთლიანი ელექტრომაგნიტური ენერგია მუდმივი რჩება.

უფასო ელექტრული ვიბრაციები მექანიკური ვიბრაციების მსგავსია. სურათზე ნაჩვენებია მუხტის ცვლილების გრაფიკები ქ(ტ) კონდენსატორი და მიკერძოება x(ტ) დატვირთვა წონასწორული პოზიციიდან, ასევე მიმდინარე გრაფიკები მე(ტ) და დატვირთვის სიჩქარე υ( ტ) რხევის ერთი პერიოდისთვის.

დემპინგის არარსებობის შემთხვევაში, არის თავისუფალი რხევები ელექტრულ წრეში ჰარმონიული, ანუ ხდება კანონის მიხედვით

ქ(ტ) = ქ 0 cos(ω ტ + φ 0)

Პარამეტრები ლდა Cრხევითი წრე განსაზღვრავს მხოლოდ თავისუფალი რხევების ბუნებრივ სიხშირეს და რხევების პერიოდს - ტომპსონის ფორმულა

Დიაპაზონი ქგანისაზღვრება 0 და საწყისი ფაზა φ 0 საწყისი პირობები, ანუ გზა, რომლითაც სისტემა წონასწორობიდან გამოიყვანეს.

მუხტის, ძაბვისა და დენის რყევებისთვის მიიღება ფორმულები:

კონდენსატორისთვის:

ქ(ტ) = ქ 0 და 0 ტ

U(ტ) = U 0 და 0 ტ

ინდუქტორისთვის:

მე(ტ) = მე 0 cos(ω 0 ტ+ π/2)

U(ტ) = U 0 cos(ω 0 ტ + π)

გავიხსენოთ რხევითი მოძრაობის ძირითადი მახასიათებლები:

ქ 0, U 0 , მე 0 - დიაპაზონიარის მერყევი სიდიდის უდიდესი მნიშვნელობის მოდული

T - პერიოდი- მინიმალური დროის ინტერვალი, რის შემდეგაც პროცესი მთლიანად მეორდება

ν - სიხშირე- რხევების რაოდენობა დროის ერთეულზე

ω - ციკლური სიხშირეარის რხევების რაოდენობა 2n წამში

φ - რხევის ფაზა- მნიშვნელობა, რომელიც დგას კოსინუსის (სინუსის) ნიშნის ქვეშ და ახასიათებს სისტემის მდგომარეობას ნებისმიერ დროს.