§ 35. Вынужденные электромагнитные колебания

Какие механические колебания называют вынужденными?

Чему равна частота вынужденных колебаний?

Какое явление называют резонансом?

1. Рассматривая процессы в колебательном контуре, видели, что в нём происходят превращения энергии электрического поля в энергию магнитного поля. Если бы не было потерь энергии, то максимальная энергия электрического поля была бы равна максимальной энергии магнитного поля и сумма энергии магнитного и электрического полей в любой момент времени была бы одинаковой. В реальных процессах, однако, часть энергии расходуется на преодоление сопротивления контура и превращается во внутреннюю энергию. Поэтому суммарная энергия электрического и магнитного полей с течением времени уменьшается и колебания затухают.

Таким образом, свободные электромагнитные колебания являются затухающими.

Чтобы затухание колебаний происходило медленнее, необходимо уменьшить сопротивление контура, при этом уменьшится энергия, идущая на нагревание проводников.

Затухающие колебания вы уже наблюдали на опыте (см. рис. 114). Вы видели, что при замыкании переключателем цепи контура стрелка гальванометра начинала колебаться, однако амплитуда колебаний достаточно быстро уменьшалась; они затухали. График зависимости силы тока затухающих колебаний от времени приведён на рисунке 116.

Затухающие колебания

2. Для того чтобы получить незатухающие колебания, необходимо периодически передавать контуру энергию, которая будет компенсировать потери энергии. Чтобы это осуществить, можно включить в контур источник, напряжение которого изменяется периодически, с определённой частотой. В этом случае в контуре будут существовать вынужденные электромагнитные колебания, происходящие с частотой, равной частоте изменения напряжения источника тока.

Если в контуре существуют вынужденные колебания, то это означает, что заряд конденсатора, сила тока, энергия электрического и магнитного полей периодически изменяются с частотой приложенного переменного напряжения.

3. В том случае, когда частота переменного напряжения совпадает с частотой колебаний контура, наступает резонанс. При этом наблюдается увеличение силы тока. Оно связано с тем, что энергия поступает в контур с той же частотой, с какой расходуется. Резонанс электромагнитных колебаний аналогичен резонансу механических колебаний.

Явление резонанса широко применяется в радиотехнике. Оно используется, например, при настройке радиоприёмника или телевизора на какую-нибудь радиостанцию. Поворачивая ручку настройки, мы изменяем ёмкость конденсатора и, следовательно, частоту электромагнитных колебаний в контуре. Когда эта частота совпадёт с частотой, на которой работает передающая радиостанция, наступит резонанс. Сила тока в контуре радиоприёмника достигнет максимума, а принимаемый сигнал данной частоты будет иметь наибольшую громкость.

Вопросы для самопроверки

1. Почему свободные электромагнитные колебания являются затухающими?

2. Что нужно сделать, чтобы колебания в контуре были незатухающими?

3. С какой частотой происходят вынужденные электромагнитные колебания?

4. Где используется явление резонанса электромагнитных колебаний?