Ang oscillation, bilang isang kategorya ng mga pisikal na representasyon, ay isa sa mga pangunahing konsepto ng pisika at tinukoy, sa mga pangkalahatang termino, bilang isang paulit-ulit na proseso ng pagbabago ng isang tiyak na pisikal na dami. Kung ang mga pagbabagong ito ay paulit-ulit, nangangahulugan ito na mayroong isang tiyak na tagal ng panahon pagkatapos nito ay kukuha ng parehong halaga. Ang panahong ito ay tinatawag na

At sa totoo lang, bakit ang pagbabagu-bago? Oo, dahil kung aayusin mo ang halaga ng dami na ito, sabihin sa sandaling T1, at sa sandaling Tx ito ay kukuha ng ibang halaga, sabihin nating tataas ito, at pagkatapos ng ilang sandali tataas muli. Ngunit ang pagtaas ay hindi maaaring maging walang hanggan, dahil para sa isang paulit-ulit na proseso, darating ang isang sandali na ang pisikal na dami na ito ay dapat na ulitin, i.e. ay muling kukuha ng parehong halaga tulad ng sa sandaling T1, bagama't sa sukat ng oras ito na ang sandaling T2.

Ano ang nagbago? Oras. Lumipas ang isang agwat ng oras, na mauulit bilang isang distansya ng oras sa pagitan ng parehong mga halaga ng isang pisikal na dami. At ano ang nangyari sa pisikal na dami sa panahong ito? Oo, okay lang, nag-alinlangan lang siya - dumaan siya sa buong cycle ng kanyang mga pagbabago - mula sa maximum hanggang sa minimum na halaga. Kung sa proseso ng pagbabago mula T1 hanggang T2 ang oras ay naayos, kung gayon ang pagkakaiba T=T2-T1 ay nagbibigay ng numerical expression ng tagal ng panahon.

Ang isang magandang halimbawa ng isang proseso ng oscillatory ay isang spring pendulum. Ang timbang ay gumagalaw pataas at pababa, ang proseso ay umuulit, at ang halaga ng isang pisikal na dami, halimbawa, ang taas ng pendulum, ay nagbabago sa pagitan ng maximum at minimum na mga halaga.

Kasama sa paglalarawan ng proseso ng oscillation ang mga parameter na pangkalahatan para sa mga oscillation ng anumang kalikasan. Ang mga ito ay maaaring mekanikal, electromagnetic vibrations, atbp. Kasabay nito, palaging mahalaga na maunawaan na ang isang proseso ng oscillatory para sa pagkakaroon nito ay kinakailangang kasama ang dalawang bagay, na ang bawat isa ay maaaring tumanggap at / o magbigay ng enerhiya - iyon ang pinaka mekanikal o electromagnetic na tinalakay sa itaas. Sa bawat sandali ng oras, ang isa sa mga bagay ay nagbibigay ng enerhiya, at ang pangalawa ay tumatanggap. Kasabay nito, binabago ng enerhiya ang kakanyahan nito sa isang bagay na halos kapareho, ngunit hindi pareho. Kaya, ang enerhiya ng pendulum ay nagiging enerhiya ng isang naka-compress na spring, at pana-panahong nagbabago sila sa proseso ng oscillation, paglutas ng walang hanggang tanong ng pakikipagsosyo - sino ang dapat itaas at ibaba kung kanino, i.e. magpalabas o mag-imbak ng enerhiya.

Ang mga electromagnetic oscillations na nasa pangalan ay naglalaman ng isang indikasyon ng mga miyembro ng alyansa - electric at at ang kilalang kapasitor at inductance ay nagsisilbing mga tagabantay ng mga larangang ito. Nakakonekta sa isang de-koryenteng circuit, kinakatawan nila ang isang oscillatory circuit kung saan ang enerhiya ay inililipat sa eksaktong parehong paraan tulad ng sa isang pendulum - ang elektrikal na enerhiya ay pumasa sa magnetic field ng inductance at vice versa.

Kung ang capacitor-inductance system ay naiwan sa sarili nito at ang mga electromagnetic oscillations ay lumitaw dito, kung gayon ang kanilang panahon ay tinutukoy ng mga parameter ng system, i.e. inductance at capacitance - walang iba. Sa madaling salita, upang "ibuhos" ang enerhiya mula sa isang mapagkukunan, halimbawa, isang kapasitor (at mayroon ding isang mas tumpak na analogue ng pangalan nito - "kapasidad"), sa isang inductance, kailangan mong gumastos ng oras na proporsyonal sa dami ng naka-imbak na enerhiya, ibig sabihin, kapasidad. Sa katunayan, ang halaga ng "kapasidad" na ito ay ang parameter kung saan nakasalalay ang panahon ng oscillation. Mas maraming kapasidad, mas maraming enerhiya - mas mahabang paglipat ng enerhiya, mas mahabang panahon ng mga electromagnetic oscillations.

Anong mga pisikal na dami ang kasama sa set na tumutukoy sa paglalarawan sa lahat ng mga pagpapakita nito, kabilang ang mga proseso ng oscillatory? Ito ang mga bahagi ng field: charge, magnetic induction, boltahe. Dapat pansinin na ang mga electromagnetic oscillations ay ang pinakamalawak na hanay ng mga phenomena na kami, bilang panuntunan, ay bihirang kumonekta sa isa't isa, kahit na ito ay ang parehong kakanyahan. At paano sila nagkakaiba? Ang unang pagkakaiba sa pagitan ng anumang pagbabagu-bago ay ang kanilang panahon, ang kakanyahan nito ay tinalakay sa itaas. Sa teknolohiya at agham, kaugalian na pag-usapan ang kapalit ng halaga ng panahon, dalas - ang bilang ng mga oscillations bawat segundo. Ang yunit ng dalas ng system ay hertz.

Kaya, ang buong sukat ng mga electromagnetic oscillations ay isang pagkakasunud-sunod ng mga frequency ng electromagnetic radiation na nagpapalaganap sa espasyo.

Ang mga sumusunod na seksyon ay may kondisyong nakikilala:

Mga alon ng radyo - parang multo na zone mula 30 kHz hanggang 3000 GHz;

Infrared rays - isang seksyon ng mas mahabang wavelength radiation kaysa sa liwanag;

nakikitang liwanag;

Ultraviolet rays - isang seksyon ng mas maikling wavelength radiation kaysa sa liwanag;

X-ray;

Gamma ray.

Ang buong ibinigay na hanay ng radiation ay electromagnetic radiation ng parehong kalikasan, ngunit ng iba't ibang mga frequency. Ang pagkasira sa mga seksyon ay purong utilitarian, na idinidikta ng kaginhawahan ng mga teknikal at siyentipikong aplikasyon.

Mayroong iba't ibang uri ng mga oscillation sa physics, na nailalarawan sa pamamagitan ng ilang mga parameter. Isaalang-alang ang kanilang mga pangunahing pagkakaiba, pag-uuri ayon sa iba't ibang mga kadahilanan.

Mga pangunahing kahulugan

Ang oscillation ay nauunawaan bilang isang proseso kung saan, sa mga regular na pagitan, ang mga pangunahing katangian ng paggalaw ay may parehong mga halaga.

Ang ganitong mga oscillations ay tinatawag na periodic, kung saan ang mga halaga ng mga pangunahing dami ay paulit-ulit sa mga regular na pagitan (panahon ng mga oscillations).

Mga uri ng oscillatory na proseso

Isaalang-alang natin ang mga pangunahing uri ng mga oscillation na umiiral sa pangunahing pisika.

Ang mga libreng vibrations ay ang mga nangyayari sa isang sistema na hindi napapailalim sa mga panlabas na variable na impluwensya pagkatapos ng unang pagkabigla.

Ang isang halimbawa ng mga libreng oscillations ay isang mathematical pendulum.

Ang mga uri ng mekanikal na panginginig ng boses na nangyayari sa system sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na variable na puwersa.

Mga tampok ng pag-uuri

Ayon sa pisikal na kalikasan, ang mga sumusunod na uri ng mga paggalaw ng oscillatory ay nakikilala:

• mekanikal;
• thermal;
• electromagnetic;
• magkakahalo.

Ayon sa opsyon ng pakikipag-ugnayan sa kapaligiran

Ang mga uri ng oscillations sa pakikipag-ugnayan sa kapaligiran ay nahahati sa ilang grupo.

Lumilitaw ang sapilitang mga oscillations sa system sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na pana-panahong pagkilos. Bilang mga halimbawa ng ganitong uri ng oscillation, maaari nating isaalang-alang ang paggalaw ng mga kamay, mga dahon sa mga puno.

Para sa sapilitang harmonic oscillations, maaaring lumitaw ang isang resonance, kung saan, na may pantay na mga halaga ng dalas ng panlabas na pagkilos at ang oscillator, na may isang matalim na pagtaas sa amplitude.

Ang mga likas na panginginig ng boses sa sistema sa ilalim ng impluwensya ng mga panloob na pwersa pagkatapos itong alisin sa ekwilibriyo. Ang pinakasimpleng variant ng libreng vibrations ay ang paggalaw ng isang load na nasuspinde sa isang thread o nakakabit sa isang spring.

Ang mga self-oscillations ay tinatawag na mga uri kung saan ang system ay may tiyak na dami ng potensyal na enerhiya na ginagamit upang gumawa ng mga oscillations. Ang kanilang natatanging tampok ay ang katotohanan na ang amplitude ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga katangian ng system mismo, at hindi ng mga paunang kondisyon.

Para sa mga random na oscillations, ang panlabas na load ay may random na halaga.

Mga pangunahing parameter ng mga paggalaw ng oscillatory

Ang lahat ng mga uri ng mga oscillation ay may ilang mga katangian, na dapat na banggitin nang hiwalay.

Ang amplitude ay ang maximum na paglihis mula sa posisyon ng balanse, ang paglihis ng isang pabagu-bagong halaga, ito ay sinusukat sa metro.

Ang panahon ay ang oras ng isang kumpletong oscillation, pagkatapos kung saan ang mga katangian ng system ay paulit-ulit, na kinakalkula sa mga segundo.

Ang dalas ay tinutukoy ng bilang ng mga oscillation sa bawat yunit ng oras, ito ay inversely proportional sa panahon ng oscillation.

Ang oscillation phase ay nagpapakilala sa estado ng system.

Katangian ng harmonic vibrations

Ang ganitong mga uri ng oscillations ay nangyayari ayon sa batas ng cosine o sine. Nagawa ni Fourier na itatag na ang anumang periodic oscillation ay maaaring katawanin bilang isang kabuuan ng mga harmonic na pagbabago sa pamamagitan ng pagpapalawak ng isang tiyak na function sa

Bilang halimbawa, isaalang-alang ang isang pendulum na may partikular na panahon at cyclic frequency.

Ano ang katangian ng mga ganitong uri ng oscillation? Isinasaalang-alang ng pisika ang isang idealized na sistema, na binubuo ng isang materyal na punto, na nasuspinde sa isang walang timbang na hindi mapalawak na sinulid, ay umuusad sa ilalim ng impluwensya ng grabidad.

Ang ganitong mga uri ng vibrations ay may isang tiyak na halaga ng enerhiya, ang mga ito ay karaniwan sa kalikasan at teknolohiya.

Sa matagal na oscillatory motion, nagbabago ang mga coordinate ng sentro ng masa nito, at sa alternating current, nagbabago ang halaga ng kasalukuyang at boltahe sa circuit.

Mayroong iba't ibang uri ng harmonic oscillations ayon sa kanilang pisikal na katangian: electromagnetic, mechanical, atbp.

Ang pagyanig ng sasakyan, na gumagalaw sa isang magaspang na kalsada, ay nagsisilbing sapilitang oscillation.

Ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng sapilitang at libreng vibrations

Ang mga uri ng electromagnetic oscillations ay naiiba sa mga pisikal na katangian. Ang pagkakaroon ng medium resistance at friction forces ay humahantong sa pamamasa ng mga libreng oscillations. Sa kaso ng sapilitang mga oscillations, ang mga pagkalugi ng enerhiya ay binabayaran ng karagdagang supply nito mula sa isang panlabas na mapagkukunan.

Iniuugnay ng panahon ng spring pendulum ang masa ng katawan at ang higpit ng spring. Sa kaso ng isang mathematical pendulum, depende ito sa haba ng thread.

Sa isang kilalang panahon, posibleng kalkulahin ang natural na dalas ng oscillatory system.

Sa teknolohiya at kalikasan, mayroong mga vibrations na may iba't ibang mga halaga ng dalas. Halimbawa, ang pendulum na umuusad sa St. Isaac's Cathedral sa St. Petersburg ay may dalas na 0.05 Hz, habang para sa mga atom ito ay ilang milyong megahertz.

Pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon, ang pamamasa ng mga libreng oscillations ay sinusunod. Iyon ang dahilan kung bakit ginagamit ang sapilitang mga oscillation sa totoong pagsasanay. Ang mga ito ay in demand sa iba't ibang mga vibration machine. Ang vibratory hammer ay isang shock-vibration machine, na nilayon para sa pagtutulak ng mga tubo, tambak, at iba pang istrukturang metal sa lupa.

Electromagnetic vibrations

Ang mga katangian ng mga mode ng panginginig ng boses ay nagsasangkot ng pagsusuri ng mga pangunahing pisikal na parameter: singil, boltahe, kasalukuyang lakas. Bilang isang elementarya na sistema, na ginagamit upang obserbahan ang mga electromagnetic oscillations, ay isang oscillatory circuit. Ito ay nabuo sa pamamagitan ng pagkonekta ng isang coil at isang kapasitor sa serye.

Kapag ang circuit ay sarado, ang mga libreng electromagnetic oscillations ay lumabas dito, na nauugnay sa mga pana-panahong pagbabago sa electric charge sa kapasitor at ang kasalukuyang sa coil.

Ang mga ito ay libre dahil sa ang katunayan na kapag sila ay gumanap walang panlabas na impluwensya, ngunit tanging ang enerhiya na nakaimbak sa circuit mismo ang ginagamit.

Sa kawalan ng panlabas na impluwensya, pagkatapos ng isang tiyak na tagal ng panahon, ang pagpapalambing ng electromagnetic oscillation ay sinusunod. Ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang unti-unting paglabas ng kapasitor, pati na rin ang paglaban na mayroon ang likid.

Iyon ang dahilan kung bakit ang mga damped oscillations ay nangyayari sa isang tunay na circuit. Ang pagbabawas ng singil sa kapasitor ay humahantong sa isang pagbawas sa halaga ng enerhiya kumpara sa orihinal na halaga nito. Unti-unti, ito ay ilalabas sa anyo ng init sa pagkonekta ng mga wire at ang likid, ang kapasitor ay ganap na mapapalabas, at ang electromagnetic oscillation ay makukumpleto.

Ang Kahalagahan ng Pagbabago sa Agham at Teknolohiya

Ang anumang mga paggalaw na may isang tiyak na antas ng pag-uulit ay mga oscillations. Halimbawa, ang isang mathematical pendulum ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang sistematikong paglihis sa parehong direksyon mula sa orihinal na patayong posisyon.

Para sa isang spring pendulum, ang isang kumpletong oscillation ay tumutugma sa paggalaw nito pataas at pababa mula sa paunang posisyon.

Sa isang de-koryenteng circuit na may kapasidad at inductance, mayroong pag-uulit ng singil sa mga plato ng kapasitor. Ano ang sanhi ng oscillatory movements? Ang pendulum ay gumagana dahil sa katotohanan na ang gravity ay nagiging sanhi ng pagbabalik nito sa orihinal nitong posisyon. Sa kaso ng isang modelo ng tagsibol, ang isang katulad na pag-andar ay ginagawa ng nababanat na puwersa ng tagsibol. Ang pagpasa sa posisyon ng balanse, ang pag-load ay may isang tiyak na bilis, samakatuwid, sa pamamagitan ng pagkawalang-galaw, ito ay gumagalaw sa average na estado.

Ang mga electrical oscillations ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng potensyal na pagkakaiba na umiiral sa pagitan ng mga plato ng isang sisingilin na kapasitor. Kahit na ito ay ganap na discharged, ang kasalukuyang ay hindi nawawala, ito ay recharged.

Sa modernong teknolohiya, ginagamit ang mga oscillations, na naiiba nang malaki sa kanilang kalikasan, antas ng pag-uulit, karakter, at gayundin ang "mekanismo" ng paglitaw.

Ang mga mekanikal na panginginig ng boses ay nagagawa ng mga kuwerdas ng mga instrumentong pangmusika, alon ng dagat, at isang palawit. Ang mga pagbabago sa kemikal na nauugnay sa isang pagbabago sa konsentrasyon ng mga reactant ay isinasaalang-alang kapag nagsasagawa ng iba't ibang mga pakikipag-ugnayan.

Ginagawang posible ng mga electromagnetic oscillations na lumikha ng iba't ibang mga teknikal na aparato, halimbawa, isang telepono, mga ultrasonic na medikal na aparato.

Ang mga pagbabago sa liwanag ng Cepheid ay partikular na interesado sa astrophysics, at pinag-aaralan sila ng mga siyentipiko mula sa iba't ibang bansa.

Konklusyon

Ang lahat ng mga uri ng oscillations ay malapit na nauugnay sa isang malaking bilang ng mga teknikal na proseso at pisikal na phenomena. Ang kanilang praktikal na kahalagahan ay malaki sa paggawa ng sasakyang panghimpapawid, paggawa ng mga barko, pagtatayo ng mga residential complex, electrical engineering, radio electronics, medisina, at pangunahing agham. Ang isang halimbawa ng isang tipikal na proseso ng oscillatory sa pisyolohiya ay ang paggalaw ng kalamnan ng puso. Ang mga mekanikal na panginginig ng boses ay matatagpuan sa organic at inorganic na chemistry, meteorology, at gayundin sa maraming iba pang natural na agham.

Ang mga unang pag-aaral ng mathematical pendulum ay isinagawa noong ikalabing pitong siglo, at sa pagtatapos ng ikalabinsiyam na siglo, naitatag ng mga siyentipiko ang likas na katangian ng mga electromagnetic oscillations. Ang siyentipikong Ruso na si Alexander Popov, na itinuturing na "ama" ng mga komunikasyon sa radyo, ay nagsagawa ng kanyang mga eksperimento nang tumpak sa batayan ng teorya ng electromagnetic oscillations, ang mga resulta ng pananaliksik nina Thomson, Huygens, at Rayleigh. Nakahanap siya ng praktikal na aplikasyon para sa mga electromagnetic oscillations, upang magamit ang mga ito upang magpadala ng signal ng radyo sa isang mahabang distansya.

Ang Academician P. N. Lebedev sa loob ng maraming taon ay nagsagawa ng mga eksperimento na may kaugnayan sa paggawa ng mga high-frequency na electromagnetic oscillations gamit ang mga alternating electric field. Salamat sa maraming mga eksperimento na nauugnay sa iba't ibang uri ng mga oscillation, ang mga siyentipiko ay nakahanap ng mga lugar para sa kanilang pinakamainam na paggamit sa modernong agham at teknolohiya.

§ 3.5. Mga electromagnetic oscillations at alon

Ang mga electromagnetic oscillations ay pana-panahong pagbabago sa paglipas ng panahon sa mga dami ng elektrikal at magnetic sa isang de-koryenteng circuit.

Sa panahon ng mga oscillations, ang isang tuluy-tuloy na proseso ng pagbabago ng enerhiya ng system mula sa isang anyo patungo sa isa pa ay nagaganap. Sa kaso ng mga oscillations ng electromagnetic field, ang palitan ay maaari lamang maganap sa pagitan ng mga electric at magnetic na bahagi ng field na ito. Ang pinakasimpleng sistema kung saan maaaring maganap ang prosesong ito ay isang oscillatory circuit. Ang perpektong oscillatory circuit (LC circuit) ay isang electrical circuit na binubuo ng isang coil na may inductance L at isang kapasitor C.

Hindi tulad ng isang tunay na oscillatory circuit, na may electrical resistance R, ang electrical resistance ng isang perpektong circuit ay palaging zero. Samakatuwid, ang isang perpektong oscillatory circuit ay isang pinasimple na modelo ng isang tunay na circuit.

Isaalang-alang ang mga prosesong nagaganap sa oscillatory circuit. Upang mailabas ang sistema sa equilibrium, sinisingil namin ang kapasitor upang mayroong singil Q sa mga plato nito m. Mula sa formula na may kaugnayan sa singil ng kapasitor at ang boltahe dito, nakita namin ang halaga ng pinakamataas na boltahe sa kapasitor
. Walang kasalukuyang sa circuit sa puntong ito sa oras, i.e.
. Kaagad pagkatapos na sisingilin ang kapasitor, sa ilalim ng pagkilos ng electric field nito, isang electric current ang lilitaw sa circuit, ang halaga nito ay tataas sa paglipas ng panahon. Ang kapasitor sa oras na ito ay magsisimulang mag-discharge, dahil. ang mga electron na lumilikha ng kasalukuyang (ipapaalala ko sa iyo na ang direksyon ng paggalaw ng mga positibong singil ay kinuha bilang direksyon ng kasalukuyang) umalis sa negatibong plato ng kapasitor at pumunta sa positibo. Kasama ng bayad q bababa ang tensyon u. Sa pagtaas ng kasalukuyang lakas sa pamamagitan ng coil, isang EMF ng self-induction ang magaganap, na pumipigil sa pagbabago (pagtaas) sa kasalukuyang lakas. Bilang isang resulta, ang kasalukuyang lakas sa oscillatory circuit ay tataas mula sa zero hanggang sa isang tiyak na pinakamataas na halaga hindi kaagad, ngunit sa isang tiyak na tagal ng panahon, na tinutukoy ng inductance ng coil. Pagsingil ng kapasitor q bumababa at sa ilang mga punto sa oras ay magiging katumbas ng zero ( q = 0, u= 0), ang kasalukuyang nasa coil ay maaabot ang pinakamataas na halaga nito ako m. Kung wala ang electric field ng capacitor (at resistance), ang mga electron na lumilikha ng kasalukuyang ay patuloy na gumagalaw sa pamamagitan ng inertia. Sa kasong ito, ang mga electron na dumarating sa neutral na plato ng kapasitor ay nagbibigay ito ng negatibong singil, ang mga electron na umaalis sa neutral na plato ay nagbibigay ito ng positibong singil. Nagsisimulang mag-charge ang kapasitor q(at boltahe u), ngunit sa kabaligtaran ng tanda, i.e. ang kapasitor ay recharged. Ngayon ang bagong electric field ng kapasitor ay pumipigil sa mga electron mula sa paglipat, kaya ang kasalukuyang ay nagsisimula na bumaba. Muli, hindi ito nangyayari kaagad, dahil ngayon ang self-induction EMF ay naghahanap upang mabayaran ang pagbaba sa kasalukuyang at "sinusuportahan" ito. At ang halaga ng kasalukuyang ako m Kinalabasan pinakamataas na kasalukuyang sa tabas. Dagdag pa, ang kasalukuyang lakas ay nagiging katumbas ng zero, at ang singil ng kapasitor ay umabot sa pinakamataas na halaga nito Q m (U m). At muli, sa ilalim ng pagkilos ng electric field ng kapasitor, ang isang electric current ay lilitaw sa circuit, ngunit nakadirekta sa kabaligtaran na direksyon, ang halaga nito ay tataas sa paglipas ng panahon. At ang kapasitor ay ilalabas sa oras na ito. At iba pa.

Dahil ang singil sa kapasitor q(at boltahe u) tinutukoy nito ang enerhiya ng electric field W e at ang kasalukuyang nasa coil ay ang enerhiya ng magnetic field wm pagkatapos kasama ang mga pagbabago sa singil, boltahe at kasalukuyang lakas, ang mga enerhiya ay magbabago din.

Ang mga electromagnetic vibrations ay mga pagbabagu-bago sa electric charge, kasalukuyang lakas, boltahe, mga nauugnay na pagbabagu-bago sa lakas ng electric field at magnetic field induction.

Ang mga libreng vibrations ay ang mga nangyayari sa isang saradong sistema dahil sa paglihis ng sistemang ito mula sa isang estado ng matatag na ekwilibriyo. Sa pagsasaalang-alang sa oscillatory circuit, nangangahulugan ito na ang mga libreng electromagnetic oscillations sa oscillatory circuit ay nangyayari pagkatapos na maiparating ang enerhiya sa system (capacitor charging o kasalukuyang dumadaan sa coil).

Ang cyclic frequency at period of oscillations sa oscillatory circuit ay tinutukoy ng mga formula:
,
.

Maxwell theoretically hinulaang ang pagkakaroon ng electromagnetic waves, i.e. isang alternating electromagnetic field na nagpapalaganap sa espasyo sa isang may hangganang bilis, at lumikha ng electromagnetic theory ng liwanag.

Ang electromagnetic wave ay ang pagpapalaganap sa espasyo sa paglipas ng panahon ng mga oscillations ng mga vectors at .

Kung ang isang mabilis na pagbabago ng electric field ay lumitaw sa anumang punto sa kalawakan, ito ay nagiging sanhi ng paglitaw ng isang alternating magnetic field sa mga kalapit na punto, na kung saan, sa turn, excites ang hitsura ng isang alternating electric field, at iba pa. Ang mas mabilis na pagbabago ng magnetic field (higit pa ), mas matindi ang umuusbong na electric field E at vice versa. Kaya, ang isang kinakailangang kondisyon para sa pagbuo ng matinding electromagnetic waves ay isang sapat na mataas na dalas ng electromagnetic oscillations.

Ito ay sumusunod mula sa mga equation ni Maxwell na sa libreng espasyo, kung saan walang mga alon at singil ( j=0, q=0) ang mga electromagnetic wave ay nakahalang, i.e. vector ng bilis ng alon patayo sa mga vectors at , at mga vector
bumuo ng isang kanang kamay na triple.

M
Ang modelo ng electromagnetic wave ay ipinapakita sa figure. Ito ay isang eroplanong linearly polarized wave. Haba ng daluyong
, saan T ay ang oscillation period, - dalas ng oscillation. Sa optika at radiophysics, ang modelo ng isang electromagnetic wave ay ipinahayag sa mga tuntunin ng mga vectors
. Mula sa mga equation ni Maxwell ito ay sumusunod
. Nangangahulugan ito na sa isang naglalakbay na eroplano electromagnetic wave, ang mga oscillations ng mga vectors at mangyari sa parehong yugto at sa anumang oras ang elektrikal na enerhiya ng alon ay katumbas ng magnetic.

Ang bilis ng isang electromagnetic wave sa isang daluyan
saan V ay ang bilis ng isang electromagnetic wave sa isang partikular na medium,
,Sa ay ang bilis ng isang electromagnetic wave sa vacuum, katumbas ng bilis ng liwanag.

Kunin natin ang wave equation.

Tulad ng nalalaman mula sa teorya ng oscillations, ang equation ng isang plane wave na nagpapalaganap sa x axis.
, saan
– pabagu-bagong halaga (sa kasong ito E o H), v – bilis ng alon, ω ay ang cyclic oscillation frequency.

Kaya ang wave equation
Dalawang beses namin itong pinagkaiba tungkol sa t at sa pamamagitan ng x.
,
. Mula dito nakukuha natin
. Katulad nito, maaari mong makuha
. Sa pangkalahatang kaso, kapag ang alon ay kumakalat sa isang di-makatwirang direksyon, ang mga equation na ito ay dapat na isulat bilang:
,
. Pagpapahayag
ay tinatawag na operator ng Laplace. Sa ganitong paraan,

. Ang mga expression na ito ay tinatawag na wave equation.

Sa oscillatory circuit mayroong isang panaka-nakang conversion ng elektrikal na enerhiya ng kapasitor
sa magnetic energy ng inductor
. Panahon ng oscillation
. Sa kasong ito, ang radiation ng mga electromagnetic wave ay maliit, dahil. ang electric field ay puro sa kapasitor, at ang magnetic field ay puro sa loob ng solenoid. Upang maging kapansin-pansin ang radiation, kailangan mong dagdagan ang distansya sa pagitan ng mga capacitor plate MULA SA at umiikot ang coil L. Sa kasong ito, tataas ang volume na inookupahan ng field, L at MULA SA– bababa, i.e. tataas ang dalas ng oscillation.

Sa eksperimento, ang mga electromagnetic wave ay unang nakuha ni Hertz (1888) gamit ang vibrator na kanyang naimbento. Inimbento ni Popov (1896) ang radyo, i.e. gumamit ng mga electromagnetic wave upang magpadala ng impormasyon.

Upang makilala ang enerhiya na dala ng isang electromagnetic wave, ipinakilala ang energy flux density vector. Ito ay katumbas ng enerhiya na dinadala ng isang alon sa 1 segundo sa pamamagitan ng isang unit area na patayo sa velocity vector .
saan
ay ang volumetric energy density, v ay ang wave velocity.

Bulk na density ng enerhiya
ay binubuo ng enerhiya ng electric field at magnetic field
.

Isinasaalang-alang
, maaaring isulat
. Kaya ang density ng flux ng enerhiya. Dahil ang
, nakukuha namin
. Ito ang Umov-Poynting vector.

Ang sukat ng mga electromagnetic wave ay ang pagsasaayos ng mga hanay ng electromagnetic waves depende sa kanilang wavelength λ at kaukulang mga katangian.

1) Mga alon ng radyo. Ang wavelength λ ay mula sa daan-daang kilometro hanggang sentimetro. Ang kagamitan sa radyo ay ginagamit para sa pagbuo at pagpaparehistro.

2) Microwave region λ mula 10 cm hanggang 0.1 cm. Ito ang radar range o ang microwave (super high frequency) range. Upang makabuo at magrehistro ng mga alon na ito, mayroong isang espesyal na kagamitan sa microwave.

3) Infrared (IR) na rehiyon λ~1mm 800nm. Ang mga pinagmumulan ng radiation ay pinainit na katawan. Mga Receiver - mga thermal photocell, thermoelement, bolometer.

4) Nakikitang liwanag na nakikita ng mata ng tao. λ~0.76 0.4 µm.

5) Ultraviolet (UV) na rehiyon λ~400 10 nm. Pinagmumulan - mga discharge ng gas. Mga tagapagpahiwatig - photographic plate.

6) X-ray radiation λ~10nm 10 -3 nm. Mga Pinagmumulan - X-ray tubes. Mga tagapagpahiwatig - photographic plate.

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

Ang isang de-koryenteng circuit na binubuo ng isang inductor at isang kapasitor (tingnan ang figure) ay tinatawag na isang oscillatory circuit. Sa circuit na ito, maaaring mangyari ang mga kakaibang electrical oscillations. Hayaan, halimbawa, sa unang sandali ng oras na sinisingil namin ang mga plato ng kapasitor na may positibo at negatibong mga singil, at pagkatapos ay hayaang lumipat ang mga singil. Kung ang coil ay wala, ang kapasitor ay magsisimulang mag-discharge, ang isang electric current ay lilitaw sa circuit sa loob ng maikling panahon, at ang mga singil ay mawawala. Dito nangyayari ang mga sumusunod. Una, dahil sa self-induction, pinipigilan ng coil ang pagtaas ng kasalukuyang, at pagkatapos, kapag nagsimulang bumaba ang kasalukuyang, pinipigilan nito ang pagbaba nito, i.e. nagpapanatili ng kasalukuyang. Bilang resulta, sinisingil ng self-induction EMF ang kapasitor na may reverse polarity: ang plato na una ay positibong sinisingil ay nakakakuha ng negatibong singil, ang pangalawa ay nagiging positibo. Kung walang pagkawala ng elektrikal na enerhiya (sa kaso ng mababang paglaban ng mga elemento ng circuit), kung gayon ang magnitude ng mga singil na ito ay magiging pareho sa magnitude ng mga paunang singil ng mga capacitor plate. Sa hinaharap, ang paggalaw ng proseso ng paglipat ng mga singil ay mauulit. Kaya, ang paggalaw ng mga singil sa circuit ay isang proseso ng oscillatory.

Upang malutas ang mga problema ng pagsusulit, na nakatuon sa mga electromagnetic oscillations, kailangan mong tandaan ang isang bilang ng mga katotohanan at mga formula na may kaugnayan sa oscillatory circuit. Una, kailangan mong malaman ang formula para sa panahon ng oscillation sa circuit. Pangalawa, upang mailapat ang batas ng konserbasyon ng enerhiya sa oscillatory circuit. At sa wakas (bagaman ang mga naturang problema ay bihira), magagawang gamitin ang pagtitiwala ng kasalukuyang sa pamamagitan ng coil at ang boltahe sa buong kapasitor sa pana-panahon.

Ang panahon ng mga electromagnetic oscillations sa oscillatory circuit ay tinutukoy ng kaugnayan:

kung saan at ang singil sa kapasitor at ang kasalukuyang sa likid sa puntong ito sa oras, at ang kapasidad ng kapasitor at ang inductance ng likid. Kung ang elektrikal na paglaban ng mga elemento ng circuit ay maliit, kung gayon ang elektrikal na enerhiya ng circuit (24.2) ay nananatiling halos hindi nagbabago, sa kabila ng katotohanan na ang singil ng kapasitor at ang kasalukuyang sa coil ay nagbabago sa paglipas ng panahon. Mula sa formula (24.4) ito ay sumusunod na sa panahon ng mga de-koryenteng oscillations sa circuit, ang mga pagbabagong-anyo ng enerhiya ay nagaganap: sa mga sandaling iyon kapag ang kasalukuyang sa coil ay zero, ang buong enerhiya ng circuit ay nabawasan sa enerhiya ng kapasitor. Sa mga sandaling iyon kapag ang singil ng kapasitor ay zero, ang enerhiya ng circuit ay nabawasan sa enerhiya ng magnetic field sa coil. Malinaw, sa mga sandaling ito ng oras, ang singil ng kapasitor o ang kasalukuyang sa likid ay umabot sa pinakamataas (amplitude) na halaga nito.

Sa mga electromagnetic oscillations sa circuit, nagbabago ang singil ng kapasitor sa paglipas ng panahon ayon sa harmonic law:

pamantayan para sa anumang harmonic vibrations. Dahil ang kasalukuyang sa likid ay ang hinango ng singil ng kapasitor na may paggalang sa oras, mula sa formula (24.4) mahahanap ng isa ang pag-asa ng kasalukuyang sa likid sa oras.

Sa pagsusulit sa pisika, madalas na inaalok ang mga gawain para sa mga electromagnetic wave. Ang pinakamababang kaalaman na kinakailangan upang malutas ang mga problemang ito ay kinabibilangan ng pag-unawa sa mga pangunahing katangian ng isang electromagnetic wave at kaalaman sa sukat ng electromagnetic waves. Sa madaling sabi, bumalangkas tayo sa mga katotohanan at prinsipyong ito.

Ayon sa mga batas ng electromagnetic field, ang isang alternating magnetic field ay bumubuo ng isang electric field, ang isang alternating electric field ay bumubuo ng isang magnetic field. Samakatuwid, kung ang isa sa mga patlang (halimbawa, electric) ay magsisimulang magbago, ang pangalawang field (magnetic) ay lilitaw, na pagkatapos ay muling bubuo ng una (electric), pagkatapos ay muli ang pangalawa (magnetic), atbp. Ang proseso ng mutual transformation sa isa't isa ng mga electric at magnetic field, na maaaring magpalaganap sa kalawakan, ay tinatawag na electromagnetic wave. Ipinapakita ng karanasan na ang mga direksyon kung saan ang mga vector ng mga lakas ng electric at magnetic field ay nagbabago sa isang electromagnetic wave ay patayo sa direksyon ng pagpapalaganap nito. Nangangahulugan ito na ang mga electromagnetic wave ay nakahalang. Sa teorya ni Maxwell ng electromagnetic field, napatunayan na ang isang electromagnetic wave ay nalilikha (na-radiated) ng mga electric charge habang sila ay gumagalaw nang may acceleration. Sa partikular, ang pinagmulan ng isang electromagnetic wave ay isang oscillatory circuit.

Ang haba ng electromagnetic wave, frequency (o period) nito at propagation velocity ay nauugnay sa isang relasyon na valid para sa anumang wave (tingnan din ang formula (11.6)):

Ang mga electromagnetic wave sa vacuum ay kumakalat nang mabilis = 3 10 8 m/s, ang bilis ng electromagnetic waves sa medium ay mas mababa kaysa sa vacuum, at ang bilis na ito ay depende sa frequency ng wave. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na wave dispersion. Ang isang electromagnetic wave ay may lahat ng mga katangian ng mga wave na nagpapalaganap sa elastic media: interference, diffraction, at ang prinsipyo ng Huygens ay wasto para dito. Ang tanging bagay na nagpapakilala sa isang electromagnetic wave ay hindi nito kailangan ng daluyan upang magpalaganap - ang isang electromagnetic wave ay maaari ding magpalaganap sa isang vacuum.

Sa likas na katangian, ang mga electromagnetic wave ay sinusunod na may ibang mga frequency mula sa bawat isa, at dahil dito, mayroon silang makabuluhang magkakaibang mga katangian (sa kabila ng parehong pisikal na kalikasan). Ang pag-uuri ng mga katangian ng electromagnetic waves depende sa kanilang frequency (o wavelength) ay tinatawag na scale ng electromagnetic waves. Nagbibigay kami ng maikling pangkalahatang-ideya ng sukat na ito.

Ang mga electromagnetic wave na may frequency na mas mababa sa 10 5 Hz (ibig sabihin, na may wavelength na higit sa ilang kilometro) ay tinatawag na low-frequency electromagnetic waves. Karamihan sa mga de-koryenteng kasangkapan sa bahay ay naglalabas ng mga alon ng saklaw na ito.

Ang mga alon na may dalas na 10 5 hanggang 10 12 Hz ay ​​tinatawag na mga radio wave. Ang mga alon na ito ay tumutugma sa mga wavelength sa vacuum mula sa ilang kilometro hanggang ilang millimeters. Ang mga alon na ito ay ginagamit para sa mga komunikasyon sa radyo, telebisyon, radar, mga cell phone. Ang mga pinagmumulan ng radiation ng naturang mga alon ay sisingilin ang mga particle na gumagalaw sa mga electromagnetic field. Ang mga radio wave ay inilalabas din ng mga libreng metal na electron, na nag-o-oscillate sa isang oscillatory circuit.

Ang rehiyon ng sukat ng mga electromagnetic wave na may mga frequency na nasa hanay na 10 12 - 4.3 10 14 Hz (at mga wavelength mula sa ilang millimeters hanggang 760 nm) ay tinatawag na infrared radiation (o infrared rays). Ang mga molekula ng isang pinainit na sangkap ay nagsisilbing pinagmumulan ng naturang radiation. Ang isang tao ay naglalabas ng mga infrared wave na may wavelength na 5 - 10 microns.

Ang electromagnetic radiation sa frequency range na 4.3 10 14 - 7.7 10 14 Hz (o wavelength na 760 - 390 nm) ay nakikita ng mata ng tao bilang liwanag at tinatawag na nakikitang liwanag. Ang mga alon ng iba't ibang mga frequency sa loob ng saklaw na ito ay nakikita ng mata bilang may iba't ibang kulay. Ang wave na may pinakamaliit na frequency mula sa nakikitang hanay na 4.3 10 14 ay itinuturing na pula, na may pinakamataas na frequency sa loob ng nakikitang hanay na 7.7 10 14 Hz - bilang violet. Ang nakikitang liwanag ay ibinubuga sa panahon ng paglipat ng mga electron sa mga atomo, mga molekula ng solidong pinainit hanggang 1000 ° C o higit pa.

Ang mga alon na may dalas na 7.7 10 14 - 10 17 Hz (wavelength mula 390 hanggang 1 nm) ay karaniwang tinatawag na ultraviolet radiation. Ang ultraviolet radiation ay may binibigkas na biological effect: maaari itong pumatay ng isang bilang ng mga microorganism, maaari itong maging sanhi ng pagtaas ng pigmentation ng balat ng tao (tanning), at sa kaso ng labis na pagkakalantad, sa ilang mga kaso maaari itong mag-ambag sa pag-unlad ng mga sakit na oncological (kanser sa balat. ). Ang mga sinag ng ultraviolet ay nakapaloob sa radiation ng Araw, nilikha sila sa mga laboratoryo na may mga espesyal na lampara ng gas-discharge (quartz).

Sa kabila ng rehiyon ng ultraviolet radiation ay matatagpuan ang rehiyon ng X-ray (frequency 10 17 - 10 19 Hz, wavelength mula 1 hanggang 0.01 nm). Ang mga alon na ito ay ibinubuga sa panahon ng pagbabawas ng bilis sa usapin ng mga sisingilin na particle na pinabilis ng isang boltahe na 1000 V o higit pa. May kakayahan silang dumaan sa makapal na layer ng matter na malabo sa nakikitang liwanag o ultraviolet radiation. Dahil sa ari-arian na ito, ang X-ray ay malawakang ginagamit sa gamot para sa pag-diagnose ng mga bali ng buto at ilang mga sakit. Ang X-ray ay may masamang epekto sa biological tissues. Dahil sa ari-arian na ito, maaari silang magamit upang gamutin ang mga sakit na oncological, bagaman kapag nalantad sa labis na radiation, nakamamatay ang mga ito sa mga tao, na nagiging sanhi ng maraming mga karamdaman sa katawan. Dahil sa napakaikling wavelength, ang mga katangian ng wave ng X-ray (interference at diffraction) ay makikita lamang sa mga istrukturang maihahambing sa laki ng mga atomo.

Ang gamma radiation (-radiation) ay tinatawag na electromagnetic waves na may frequency na higit sa 10 20 Hz (o isang wavelength na mas mababa sa 0.01 nm). Ang ganitong mga alon ay lumitaw sa mga prosesong nuklear. Ang isang tampok ng -radiation ay ang binibigkas nitong corpuscular properties (i.e., ang radiation na ito ay kumikilos tulad ng isang stream ng mga particle). Samakatuwid, ang radiation ay madalas na tinutukoy bilang isang stream ng -particle.

AT gawain 24.1.1 upang magtatag ng pagsusulatan sa pagitan ng mga yunit ng pagsukat, gumagamit kami ng formula (24.1), kung saan sumusunod na ang panahon ng oscillation sa isang circuit na may isang kapasitor na may kapasidad na 1 F at isang inductance ng 1 H ay katumbas ng mga segundo (ang sagot 1 ).

Mula sa tsart na ibinigay sa gawain 24.1.2, napagpasyahan namin na ang panahon ng mga electromagnetic oscillations sa circuit ay 4 ms (ang tugon 3 ).

Ayon sa formula (24.1) nakita natin ang panahon ng oscillation sa circuit na ibinigay sa gawain 24.1.3:
(sagot 4 ). Tandaan na ayon sa sukat ng mga electromagnetic wave, ang naturang circuit ay nagpapalabas ng mga wave ng long-wave radio range.

Ang panahon ng oscillation ay ang oras ng isang kumpletong oscillation. Nangangahulugan ito na kung sa unang sandali ng oras ang kapasitor ay sinisingil ng pinakamataas na singil ( gawain 24.1.4), pagkatapos pagkatapos ng kalahating panahon ang kapasitor ay sisingilin din ng pinakamataas na singil, ngunit may reverse polarity (ang plato na una ay positibong sisingilin ay negatibong sisingilin). At ang pinakamataas na kasalukuyang sa circuit ay makakamit sa pagitan ng dalawang sandali na ito, i.e. sa isang-kapat ng panahon (sagot 2 ).

Kung ang inductance ng coil ay apat na beses ( gawain 24.1.5), pagkatapos ay ayon sa formula (24.1) ang panahon ng oscillation sa circuit ay doble, at ang dalas nadoble (sagot 2 ).

Ayon sa formula (24.1), na may apat na beses na pagtaas sa kapasidad ng kapasitor ( gawain 24.1.6) ang panahon ng oscillation sa circuit ay nadoble (ang sagot 1 ).

Kapag nakasara ang susi ( gawain 24.1.7) sa circuit, sa halip na isang kapasitor, dalawa sa parehong mga capacitor na konektado sa parallel ay gagana (tingnan ang figure). At dahil kapag ang mga capacitor ay konektado sa parallel, ang kanilang mga kapasidad ay nagdaragdag, ang pagsasara ng susi ay humahantong sa isang dobleng pagtaas sa kapasidad ng circuit. Samakatuwid, mula sa formula (24.1) napagpasyahan namin na ang panahon ng oscillation ay tumataas ng isang kadahilanan (ang sagot ay 3 ).

Hayaang mag-oscillate ang charge sa capacitor na may cyclic frequency ( gawain 24.1.8). Pagkatapos, ayon sa mga formula (24.3) - (24.5), ang kasalukuyang sa likid ay mag-oscillate na may parehong dalas. Nangangahulugan ito na ang pag-asa ng kasalukuyang sa oras ay maaaring ilarawan bilang . Mula dito nakita namin ang pag-asa ng enerhiya ng magnetic field ng coil sa oras

Ito ay sumusunod mula sa formula na ito na ang enerhiya ng magnetic field sa coil ay nag-o-oscillate nang dalawang beses ang dalas, at, samakatuwid, na may isang panahon na kalahati ng panahon ng pagsingil at kasalukuyang mga oscillations (ang sagot ay 1 ).

AT gawain 24.1.9 ginagamit namin ang batas ng konserbasyon ng enerhiya para sa oscillatory circuit. Mula sa formula (24.2) sumusunod na para sa mga halaga ng amplitude ng boltahe sa kapasitor at ang kasalukuyang sa likid, ang kaugnayan

kung saan at ang mga halaga ng amplitude ng singil ng kapasitor at ang kasalukuyang nasa coil. Mula sa formula na ito, gamit ang kaugnayan (24.1) para sa panahon ng oscillation sa circuit, makikita natin ang amplitude na halaga ng kasalukuyang

sagot 3 .

Ang mga radio wave ay mga electromagnetic wave na may mga tiyak na frequency. Samakatuwid, ang bilis ng kanilang pagpapalaganap sa vacuum ay katumbas ng bilis ng pagpapalaganap ng anumang mga electromagnetic wave, at sa partikular, X-ray. Ang bilis na ito ay ang bilis ng liwanag ( gawain 24.2.1- sagot 1 ).

Gaya ng nasabi kanina, ang mga naka-charge na particle ay naglalabas ng mga electromagnetic wave kapag gumagalaw nang may pagbilis. Samakatuwid, ang alon ay hindi ibinubuga lamang sa pare-pareho at rectilinear na paggalaw ( gawain 24.2.2- sagot 1 ).

Ang electromagnetic wave ay isang electric at magnetic field na nag-iiba sa espasyo at oras sa isang espesyal na paraan at sumusuporta sa isa't isa. Samakatuwid ang tamang sagot ay gawain 24.2.3 - 2 .

Mula sa ibinigay sa kondisyon mga gawain 24.2.4 Ito ay sumusunod mula sa graph na ang panahon ng wave na ito ay - = 4 μs. Samakatuwid, mula sa formula (24.6) nakukuha natin ang m (ang sagot 1 ).

AT gawain 24.2.5 sa pamamagitan ng formula (24.6) nahanap natin

(sagot 4 ).

Ang isang oscillatory circuit ay konektado sa antenna ng electromagnetic wave receiver. Ang electric field ng wave ay kumikilos sa mga libreng electron sa circuit at nagiging sanhi ng mga ito upang mag-oscillate. Kung ang dalas ng alon ay tumutugma sa natural na dalas ng mga electromagnetic oscillations, ang amplitude ng mga oscillations sa circuit ay tumataas (resonance) at maaaring mairehistro. Samakatuwid, upang makatanggap ng isang electromagnetic wave, ang dalas ng mga natural na oscillations sa circuit ay dapat na malapit sa dalas ng wave na ito (ang circuit ay dapat na nakatutok sa dalas ng wave). Samakatuwid, kung ang circuit ay kailangang i-reconfigure mula sa haba ng alon na 100 m hanggang sa haba ng alon na 25 m ( gawain 24.2.6), ang natural na dalas ng mga electromagnetic oscillations sa circuit ay dapat tumaas ng 4 na beses. Upang gawin ito, ayon sa mga formula (24.1), (24.4), ang kapasidad ng kapasitor ay dapat bawasan ng 16 beses (ang sagot 4 ).

Ayon sa sukat ng mga electromagnetic wave (tingnan ang panimula sa kabanatang ito), ang maximum na haba ng mga nakalista sa kondisyon mga gawain 24.2.7 Ang mga electromagnetic wave ay may radiation mula sa antenna ng isang radio transmitter (tugon 4 ).

Kabilang sa mga nakalista sa gawain 24.2.8 electromagnetic waves, ang X-ray radiation ay may pinakamataas na dalas (tugon 2 ).

Ang electromagnetic wave ay nakahalang. Nangangahulugan ito na ang mga vectors ng lakas ng electric field at magnetic field induction sa alon sa anumang oras ay nakadirekta patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon. Samakatuwid, kapag ang alon ay lumaganap sa direksyon ng axis ( gawain 24.2.9), ang electric field strength vector ay nakadirekta patayo sa axis na ito. Samakatuwid, ang projection nito sa axis ay kinakailangang katumbas ng zero = 0 (sagot 3 ).

Ang bilis ng pagpapalaganap ng isang electromagnetic wave ay isang indibidwal na katangian ng bawat daluyan. Samakatuwid, kapag ang isang electromagnetic wave ay dumaan mula sa isang medium patungo sa isa pa (o mula sa vacuum patungo sa isang medium), ang bilis ng electromagnetic wave ay nagbabago. At ano ang masasabi tungkol sa iba pang dalawang parameter ng wave na kasama sa formula (24.6) - ang wavelength at frequency. Magbabago ba sila kapag ang alon ay dumaan mula sa isang daluyan patungo sa isa pa ( gawain 24.2.10)? Malinaw, ang dalas ng alon ay hindi nagbabago kapag lumilipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa. Sa katunayan, ang wave ay isang oscillatory na proseso kung saan ang isang alternating electromagnetic field sa isang medium ay lumilikha at nagpapanatili ng field sa isa pang medium dahil sa mga pagbabagong ito. Samakatuwid, ang mga panahon ng mga pana-panahong prosesong ito (at samakatuwid ay ang mga frequency) sa isa at sa iba pang daluyan ay dapat magkasabay (ang sagot ay 3 ). At dahil ang bilis ng wave sa iba't ibang media ay iba, ito ay sumusunod mula sa mga argumento at formula (24.6) na ang wavelength ay nagbabago kapag ito ay pumasa mula sa isang medium patungo sa isa pa.

Sa mga de-koryenteng circuit, gayundin sa mga mekanikal na sistema tulad ng spring weight o pendulum, libreng vibrations.

Electromagnetic vibrationstinatawag na panaka-nakang magkakaugnay na pagbabago sa singil, kasalukuyang at boltahe.

LibreAng mga oscillation ay tinatawag na mga nangyayari nang walang panlabas na impluwensya dahil sa unang naipon na enerhiya.

pinilitay tinatawag na mga oscillations sa circuit sa ilalim ng pagkilos ng isang panlabas na periodic electromotive force

Libreng electromagnetic oscillations ay pana-panahong umuulit ng mga pagbabago sa mga electromagnetic na dami (q- singil ng kuryente,ako- kasalukuyang lakas,U- potensyal na pagkakaiba) na nagaganap nang walang pagkonsumo ng enerhiya mula sa mga panlabas na mapagkukunan.

Ang pinakasimpleng sistema ng kuryente na malayang mag-oscillate ay serial RLC loop o oscillatory circuit.

Oscillatory circuit -ay isang sistema na binubuo ng mga series-connected capacitance capacitorC, mga inductorsL at isang konduktor na may resistensyaR

Isaalang-alang ang isang closed oscillatory circuit na binubuo ng isang inductance L at mga lalagyan MULA SA.

Upang pukawin ang mga oscillations sa circuit na ito, kinakailangan upang ipaalam sa kapasitor ng isang tiyak na singil mula sa pinagmulan ε . Kapag ang susi K ay nasa posisyon 1, ang kapasitor ay sinisingil sa boltahe. Matapos ilipat ang susi sa posisyon 2, magsisimula ang proseso ng paglabas ng kapasitor sa pamamagitan ng risistor R at isang inductor L. Sa ilalim ng ilang mga kundisyon, ang prosesong ito ay maaaring maging oscillatory.

Ang mga libreng electromagnetic oscillations ay maaaring obserbahan sa screen ng oscilloscope.

Tulad ng makikita mula sa oscillation graph na nakuha sa oscilloscope, ang mga libreng electromagnetic oscillations ay kumukupas, ibig sabihin, bumababa ang kanilang amplitude sa paglipas ng panahon. Ito ay dahil ang bahagi ng elektrikal na enerhiya sa aktibong paglaban R ay na-convert sa panloob na enerhiya. konduktor (nag-iinit ang konduktor kapag dumaan dito ang isang electric current).

Isaalang-alang natin kung paano nangyayari ang mga oscillations sa isang oscillatory circuit at kung anong mga pagbabago sa enerhiya ang nangyayari sa kasong ito. Isaalang-alang muna natin ang kaso kapag walang pagkawala ng electromagnetic energy sa circuit ( R = 0).

Kung sisingilin mo ang kapasitor sa isang boltahe U 0, pagkatapos ay sa paunang oras t 1 =0, ang mga halaga ng amplitude ng boltahe U 0 at singil q 0 = CU 0 ay itatatag sa mga plato ng kapasitor.

Ang kabuuang enerhiya W ng system ay katumbas ng enerhiya ng electric field W el:

Kung ang circuit ay sarado, pagkatapos ay ang kasalukuyang ay nagsisimula sa daloy. Lumilitaw ang Emf sa circuit. pagtatalaga sa sarili

Dahil sa self-induction sa coil, ang kapasitor ay hindi agad na pinalabas, ngunit unti-unti (dahil, ayon sa panuntunan ng Lenz, ang nagreresultang inductive current kasama ang magnetic field nito ay sumasalungat sa pagbabago sa magnetic flux kung saan ito sanhi. Iyon ay , ang magnetic field ng inductive current ay hindi pinapayagan ang magnetic flux ng kasalukuyang upang agad na tumaas sa contour). Sa kasong ito, unti-unting tumataas ang kasalukuyang, na umaabot sa pinakamataas na halaga nito I 0 sa oras t 2 =T/4, at ang singil sa kapasitor ay nagiging katumbas ng zero.

Habang naglalabas ang kapasitor, bumababa ang enerhiya ng electric field, ngunit sa parehong oras ang enerhiya ng magnetic field ay tumataas. Ang kabuuang enerhiya ng circuit pagkatapos i-discharge ang kapasitor ay katumbas ng enerhiya ng magnetic field W m:

Sa susunod na sandali sa oras, ang kasalukuyang dumadaloy sa parehong direksyon, bumababa sa zero, na nagiging sanhi ng pag-recharge ng kapasitor. Ang kasalukuyang ay hindi hihinto kaagad pagkatapos na ang kapasitor ay pinalabas dahil sa self-induction (ngayon ang magnetic field ng induction current ay hindi pinapayagan ang magnetic flux ng kasalukuyang sa circuit na agad na bumaba). Sa oras na t 3 \u003d T / 2, ang singil ng kapasitor ay muling pinakamataas at katumbas ng paunang singil q \u003d q 0, ang boltahe ay katumbas din ng paunang U \u003d U 0, at ang kasalukuyang nasa circuit ay zero I \u003d 0.

Pagkatapos ay muling naglalabas ang kapasitor, ang kasalukuyang dumadaloy sa inductor sa kabaligtaran na direksyon. Pagkatapos ng isang yugto ng panahon T, babalik ang system sa orihinal nitong estado. Ang kumpletong oscillation ay nakumpleto, ang proseso ay paulit-ulit.

Ang graph ng pagbabago sa singil at kasalukuyang lakas na may libreng electromagnetic oscillations sa circuit ay nagpapakita na ang kasalukuyang pagbabago ng lakas ay nahuhuli sa mga pagbabago sa singil ng π/2.

Sa anumang oras, ang kabuuang enerhiya ay:

Sa mga libreng vibrations, nangyayari ang isang panaka-nakang pagbabago ng enerhiyang elektrikal W e, naka-imbak sa kapasitor, sa magnetic energy W m coil at kabaliktaran. Kung walang pagkawala ng enerhiya sa oscillatory circuit, kung gayon ang kabuuang electromagnetic energy ng system ay nananatiling pare-pareho.

Ang mga libreng electrical vibrations ay katulad ng mechanical vibrations. Ipinapakita ng figure ang mga graph ng pagbabago ng singil q(t) kapasitor at bias x(t) load mula sa posisyon ng equilibrium, pati na rin ang kasalukuyang mga graph ako(t) at bilis ng pagkarga υ( t) para sa isang panahon ng oscillation.

Sa kawalan ng pamamasa, ang mga libreng oscillation sa isang de-koryenteng circuit ay maharmonya, ibig sabihin, nangyayari ang mga ito ayon sa batas

q(t) = q 0 cos(ω t + φ 0)

Mga pagpipilian L at C Tinutukoy lamang ng oscillatory circuit ang natural na dalas ng mga libreng oscillations at ang panahon ng mga oscillations - formula ni Thompson

Malawak q 0 at paunang yugto φ 0 ay tinutukoy paunang kondisyon, iyon ay, ang paraan kung saan ang sistema ay inilabas sa ekwilibriyo.

Para sa mga pagbabago sa singil, boltahe at kasalukuyang, ang mga formula ay nakuha:

Para sa isang kapasitor:

q(t) = q 0 cosω 0 t

U(t) = U 0 cosω 0 t

Para sa isang inductor:

i(t) = ako 0 cos(ω 0 t+ π/2)

U(t) = U 0 cos(ω 0 t + π)

Tandaan natin pangunahing katangian ng oscillatory motion:

q 0, U 0 , ako 0 - malawak ay ang modulus ng pinakamalaking halaga ng pabagu-bagong dami

T - panahon- ang pinakamababang agwat ng oras pagkatapos na ang proseso ay ganap na paulit-ulit

ν - Dalas- ang bilang ng mga oscillation sa bawat yunit ng oras

ω - Paikot na dalas ay ang bilang ng mga oscillations sa 2n segundo

φ - yugto ng oscillation- ang value na nakatayo sa ilalim ng cosine (sine) sign at nagpapakilala sa estado ng system anumang oras.