Définition de la résonance électrique. Résonance de tension

La résonance est l’une des plus courantes dans la nature. La résonance peut être observée dans les systèmes mécaniques, électriques et même thermiques. Sans résonance, nous n'aurions pas de radio, de télévision, de musique et même de balançoires sur les terrains de jeux, sans parler des plus efficaces. systèmes de diagnostic, utilisé dans médecine moderne. L'un des plus intéressants et espèces utiles résonance dans circuit électrique est la résonance de tension.

Éléments d'un circuit résonant

Le phénomène de résonance peut se produire dans un circuit dit RLC contenant les composants suivants :

• R - résistances. Ces dispositifs, qui appartiennent aux éléments dits actifs du circuit électrique, convertissent l'énergie électrique en énergie thermique. En d’autres termes, ils retirent de l’énergie du circuit et la convertissent en chaleur.
• L - inductance. L'inductance dans les circuits électriques est analogue à la masse ou à l'inertie dans les systèmes mécaniques. Ce composant n’est pas très visible dans un circuit électrique jusqu’à ce que vous essayiez d’y apporter des modifications. En mécanique par exemple, un tel changement est un changement de vitesse. Dans un circuit électrique - un changement de courant. Si, pour une raison quelconque, cela se produit, l'inductance neutralise ce changement de mode de circuit.
• C est la désignation des condensateurs, qui sont des dispositifs qui stockent l'énergie électrique de la même manière que les ressorts stockent les concentrés d'inductance et stockent l'énergie magnétique, tandis qu'un condensateur concentre la charge et stocke ainsi l'énergie électrique.

Le concept de circuit résonant

Les éléments clés d'un circuit résonant sont l'inductance (L) et la capacité (C). Une résistance a tendance à amortir les oscillations, elle retire donc de l’énergie du circuit. Lorsque l'on considère les processus qui se produisent dans le circuit oscillatoire, nous l'ignorons temporairement, mais nous devons nous rappeler que, comme la force de frottement dans les systèmes mécaniques résistance électrique dans les circuits ne peut pas être éliminé.

Résonance de tension et résonance de courant

Selon la méthode de connexion éléments clés le circuit résonant peut être en série ou en parallèle. Lorsqu'un circuit oscillant en série est connecté à une source de tension avec une fréquence de signal qui coïncide avec sa propre fréquence, dans certaines conditions, une résonance de tension s'y produit. La résonance dans un circuit électrique avec des éléments réactifs connectés en parallèle est appelée résonance de courant.

Fréquence propre du circuit résonant

On peut faire osciller le système à sa propre fréquence. Pour ce faire, vous devez d'abord charger le condensateur, comme indiqué sur l'image en haut à gauche. Lorsque cela est fait, la clé est déplacée vers la position indiquée sur la même figure de droite.

Au temps "0" tout énergie électrique est stocké dans le condensateur et le courant dans le circuit égal à zéro(photo ci-dessous). Notez que la plaque supérieure du condensateur est chargée positivement et la plaque inférieure est chargée négativement. Nous ne pouvons pas voir les oscillations des électrons dans un circuit, mais nous pouvons mesurer le courant avec un ampèremètre et utiliser un oscilloscope pour suivre l’évolution du courant en fonction du temps. Notez que T sur notre graphique est le temps nécessaire pour terminer une oscillation, appelée en génie électrique la « période d’oscillation ».

Le courant circule dans le sens des aiguilles d'une montre (image ci-dessous). L'énergie est transférée du condensateur vers À première vue, il peut sembler étrange qu'une inductance contienne de l'énergie, mais c'est similaire à énergie cinétique contenu dans la masse en mouvement.

L'énergie retourne dans le condensateur, mais remarquez que la polarité du condensateur est maintenant inversée. En d'autres termes, la plaque inférieure a désormais charge positive, et la plaque supérieure est charge négative(photo ci-dessous).

Maintenant, le système s'est complètement inversé et l'énergie commence à circuler du condensateur vers l'inductance (figure ci-dessous). En conséquence, l’énergie revient complètement à son point de départ et est prête à recommencer le cycle.

La fréquence d'oscillation peut être approchée comme suit :

• F = 1/2π(LC) 0,5,

où : F - fréquence, L - inductance, C - capacité.

Le processus discuté dans cet exemple reflète essence physique résonance de tension.

Étude de résonance de contrainte

Dans les circuits LC réels, il y a toujours une petite résistance, ce qui réduit l'augmentation de l'amplitude du courant à chaque cycle. Après plusieurs cycles, le courant diminue jusqu'à zéro. Cet effet est appelé « amortissement de l’onde sinusoïdale ». La vitesse à laquelle le courant diminue jusqu'à zéro dépend de la valeur de la résistance dans le circuit. Cependant, la résistance ne modifie pas la fréquence d’oscillation du circuit résonant. Si la résistance est suffisamment élevée, les oscillations sinusoïdales dans le circuit ne se produiront pas du tout.

Évidemment, là où il existe une fréquence naturelle d'oscillation, il existe une possibilité d'excitation d'un processus résonnant. Pour ce faire, nous incluons une alimentation (AC) dans le circuit série, comme le montre la figure de gauche. Le terme « variable » signifie que la tension de sortie de la source fluctue à une certaine fréquence. Si la fréquence de l'alimentation coïncide avec la fréquence naturelle du circuit, une résonance de tension se produit.

Conditions de survenance

Nous allons maintenant considérer les conditions d'apparition d'une résonance de tension. Comme le montre la dernière image, nous avons remis la résistance dans le circuit. En l'absence de résistance dans le circuit, le courant dans le circuit résonant augmentera jusqu'à un certain valeur maximale, déterminé par les paramètres des éléments du circuit et la puissance de la source d'alimentation. L'augmentation de la résistance de la résistance dans le circuit résonant augmente la tendance du courant à s'atténuer dans le circuit, mais n'affecte pas la fréquence. vibrations résonantes. En règle générale, le mode de résonance de tension ne se produit pas si la résistance du circuit de résonance satisfait à la condition R = 2(L/C) 0,5.

Utiliser la résonance de tension pour transmettre un signal radio

Le phénomène de résonance de contrainte n’est pas seulement un phénomène physique très intéressant. Il joue un rôle exceptionnel dans la technologie des communications sans fil – radio, télévision, téléphonie cellulaire. Les émetteurs utilisés pour la transmission sans fil d'informations contiennent nécessairement des circuits conçus pour résonner à une fréquence spécifique pour chaque appareil, appelée fréquence porteuse. A l'aide d'une antenne émettrice connectée à l'émetteur, il émet à une fréquence porteuse.

Une antenne à l'autre extrémité du trajet d'émission-réception reçoit ce signal et le transmet à un circuit de réception conçu pour résonner à la fréquence porteuse. Évidemment, l’antenne reçoit de nombreux signaux à différentes fréquences, sans parler du bruit de fond. Grâce à la présence à l'entrée d'un dispositif de réception accordé sur la fréquence porteuse du circuit résonant, le récepteur sélectionne la seule fréquence correcte, en éliminant toutes les fréquences inutiles.

Après avoir détecté un signal radio modulé en amplitude (AM), le signal basse fréquence (LF) qui en est extrait est amplifié et transmis à un appareil de reproduction sonore. Ce forme la plus simple Les transmissions radio sont très sensibles au bruit et aux interférences.

Pour améliorer la qualité des informations reçues, d'autres, plus avancées des moyens parfaits transmission de signaux radio, qui reposent également sur l'utilisation de systèmes résonants accordés.

La radio FM résout de nombreux problèmes de transmission radio à modulation d'amplitude, mais au prix d'une augmentation significative de la complexité du système de transmission. En radio FM, les sons du système dans le chemin électronique sont convertis en changements mineurs fréquence porteuse. L'équipement qui effectue cette conversion est appelé « modulateur » et est utilisé avec l'émetteur.

En conséquence, un démodulateur doit être ajouté au récepteur pour reconvertir le signal sous une forme pouvant être reproduite via un haut-parleur.

Autres utilisations de la résonance de tension

La résonance de tension, en tant que principe fondamental, est également intégrée dans la conception des circuits de nombreux filtres, largement utilisés en génie électrique pour éliminer les signaux nocifs et inutiles, lisser les ondulations et générer des signaux sinusoïdaux.

Le plus simple et le plus large applications techniques trouvé une résonance dans l’électricité. Il existe de nombreux appareils à partir desquels des circuits électriques sont assemblés. Ils sont souvent appelés éléments de circuit passifs et sont disponibles en trois types, bien que chaque élément d'un type contienne toujours un petit élément d'autres types. Avant de décrire ces éléments en détail, notons que notre idée d'un oscillateur mécanique comme masse suspendue à l'extrémité d'un ressort n'est qu'une approximation. Toute la masse du système n'est pas concentrée dans la « masse » : le ressort a aussi une certaine masse, le ressort est aussi inertiel. De même, un « ressort » n’est pas constitué d’un seul ressort ; la masse est également légèrement élastique, et pas complètement solide, comme cela peut paraître. Rebondissant de haut en bas, il se plie légèrement sous la poussée du ressort. Il en va de même avec l’électricité. Organiser tous les objets en « éléments de chaîne » aux caractéristiques pures et idéales n’est possible qu’approximativement. Puisque nous n’avons pas le temps de discuter des limites de telles approximations, nous supposerons simplement qu’elles sont acceptables.

Donc, à propos des trois éléments de la chaîne. Le premier est appelé capacité (Fig. 23.4) ; Un exemple de conteneur serait deux plaques métalliques séparées couche mince diélectrique. Si les plaques sont chargées, une différence de potentiel apparaît entre elles. La même différence de potentiel se trouvera entre les points A et B, car avec toute différence de potentiel supplémentaire le long des fils de connexion, des charges circuleront dans les fils. Ainsi, une différence de potentiel V donnée entre les plaques correspond à certaines charges +q et -q sur chaque plaque. Il existe un certain champ électrique entre les plaques ; nous avons même sorti formule correspondante pour lui (voir chapitres 13 et 14)

où d est la distance entre les plaques, A est l'aire des plaques. Notez que la différence de potentiel dépend linéairement de la charge. Si la capacité n'est pas construite à partir de plaques parallèles, mais que les électrodes individuelles reçoivent une autre forme, la différence de potentiel sera toujours proportionnelle à la charge, mais la constante de proportionnalité ne sera pas si facile à calculer. Cependant, il suffit de savoir une chose : la différence de potentiel entre les extrémités du conteneur est proportionnelle à la charge V=q/C ; le facteur de proportionnalité est 1/C (C est la capacité de l'objet).

Le deuxième élément du circuit est appelé résistance ; cet élément résiste au courant électrique qui le traverse. Il s'avère que tous les fils métalliques, ainsi que de nombreux autres matériaux, résistent au courant de la même manière ; si une différence de potentiel est appliquée aux extrémités d'un morceau d'un tel matériau, alors le courant électrique dans le morceau I=dq/dt sera proportionnel à la différence de potentiel appliquée

Le coefficient de proportionnalité est appelé résistance R. Vous connaissez probablement déjà la relation entre le courant et la différence de potentiel. C'est la loi d'Ohm.

Si vous considérez une charge concentrée dans une capacité comme quelque chose d'analogue à un déplacement système mécanique x, alors le courant électrique dq/dt est similaire à la vitesse, la résistance R est similaire au coefficient de résistance c et 1/C est similaire à la constante élastique du ressort k. Le plus intéressant dans tout cela, c'est qu'il existe un élément de circuit analogue à la masse ! Il s’agit d’une spirale qui génère un champ magnétique à l’intérieur d’elle lorsqu’un courant la traverse. Changement champ magnétique génère aux extrémités de la spirale une différence de potentiel proportionnelle à dI/dt. (Cette propriété de la spirale est utilisée dans les transformateurs.) Le champ magnétique est proportionnel au courant et la différence de potentiel induite (comme on l'appelle) est proportionnelle au taux de variation du courant.

Le coefficient L est le coefficient d'auto-induction ; c'est l'analogue électrique de la masse.

Supposons que nous assemblions un circuit de trois éléments connectés en série (Fig. 23.5) ; la différence de potentiel appliquée entre les points 1 et 2 va provoquer le déplacement des charges le long du circuit, puis une différence de potentiel apparaît également aux extrémités de chaque élément du circuit : aux extrémités de l'inductance V L = L(d 2 q/dt 2), sur la résistance V R = R(dq/dt) , et sur la capacité V c = q/C. La somme de ces tensions nous donne la tension totale V :

On voit que cette équation est exactement la même que équation mécanique(23,6); Nous le résoudrons exactement de la même manière. Supposons que V(t) oscille ; Pour ce faire, vous devez connecter le circuit à un générateur d'oscillations sinusoïdales. On peut alors représenter V(t) comme un nombre complexe V, en rappelant que pour déterminer la tension réelle V(t) ce nombre doit également être multiplié par exp(iωt) et prendre la partie réelle. Nous pouvons approcher la charge q de la même manière, et nous écrirons donc une équation qui répète exactement (23.8) : la dérivée seconde de q est (iω) 2 q, et la première est (iω)q. L’équation (23.17) deviendra

où ω 2 0 = 1/LC et γ=R/L. On a le même dénominateur que dans le problème mécanique, avec toutes ses propriétés résonantes ! Dans le tableau 23.1 fournit une liste d’analogies entre les grandeurs électriques et mécaniques.

Encore une note purement technique. Les livres sur l’électricité utilisent différents symboles. (Très souvent, les livres sur le même sujet, écrits par des personnes de spécialités différentes, utilisent des notations différentes.) Premièrement, la lettre j est utilisée pour désigner √-1, pas i (je devrais désigner le courant !). Deuxièmement, les ingénieurs préfèrent la relation entre V et I plutôt qu’entre V et q. Ils y sont plus habitués de cette façon. Puisque I=dq/dt=iωq, alors au lieu de q nous pouvons substituer I/iω, et alors

Vous pouvez modifier légèrement l'original équation différentielle(23.17) pour le rendre plus familier. Dans les livres on retrouve souvent ce ratio :

Dans tous les cas, nous constatons que la relation (23.19) entre la tension V et le courant I est la même que (23.18), et n'en diffère que par le fait que ce dernier est divisible par ico. Le nombre complexe R+iωL+1/iωC est souvent appelé par les ingénieurs électriciens nom spécial: impédance complexe Z. Introduction nouvelle lettre permet d'écrire simplement la relation entre le courant et la résistance sous la forme V=ZI. Cette prédilection des ingénieurs s'explique par le fait que dans leur jeunesse ils étudiaient uniquement les circuits CC et ne connaissait que la résistance et la loi d'Ohm : V=RI. Maintenant, ils sont plus instruits et ont déjà des chaînes CA, mais ils veulent que les équations soient les mêmes. Alors ils écrivent V=ZI, et la seule différence est que maintenant la résistance est remplacée par une chose plus complexe : nombre complexe. Ils insistent sur le fait qu'ils ne peuvent pas utiliser la désignation internationalement acceptée pour unité imaginaire et écrivez j; il est vraiment surprenant qu'ils n'exigent pas qu'à la place de la lettre Z, ils écrivent la lettre R (les discussions sur la densité de courant leur donnent beaucoup d'enthousiasme ; ils la désignent également par la lettre j. Les complexités de la science sont en grande partie liées à la difficultés dans les notations, unités et autres inventions de l'homme, dont la nature elle-même n'a aucune idée.)

On entend souvent le mot résonance : « résonance publique », « événement ayant provoqué la résonance », « fréquence de résonance ». Phrases assez familières et ordinaires. Mais pouvez-vous dire exactement ce qu’est la résonance ?

Si la réponse vous a sauté aux yeux, nous sommes vraiment fiers de vous ! Eh bien, si le sujet « résonance en physique » soulève des questions, alors nous vous conseillons de lire notre article, où nous parlerons en détail, clairement et brièvement d'un phénomène tel que la résonance.

Avant de parler de résonance, il faut comprendre ce que sont les oscillations et leur fréquence.

Oscillations et fréquence

Les oscillations sont un processus de changement d'état d'un système, répété dans le temps et se produisant autour d'un point d'équilibre.

L’exemple le plus simple d’oscillation est celui d’une balançoire. Nous le présentons pour une raison : cet exemple nous sera utile pour comprendre l'essence du phénomène de résonance dans le futur.

La résonance ne peut se produire que là où il y a des vibrations. Et peu importe le type de fluctuations dont il s'agit - les fluctuations tension électrique, vibrations sonores, ou simplement des vibrations mécaniques.

Dans la figure ci-dessous, nous décrivons quelles peuvent être les fluctuations.

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Les oscillations sont caractérisées par l'amplitude et la fréquence. Pour les oscillations déjà mentionnées ci-dessus, l'amplitude des oscillations est hauteur maximale, sur lequel la balançoire décolle. Nous pouvons également balancer la balançoire lentement ou rapidement. En fonction de cela, la fréquence d'oscillation changera.

La fréquence d'oscillation (mesurée en Hertz) est le nombre d'oscillations par unité de temps. 1 Hertz correspond à une oscillation par seconde.

Lorsque nous balançons une balançoire, nous faisons périodiquement basculer le système avec une certaine force (en dans ce cas une balançoire est un système oscillatoire), elle effectue des oscillations forcées. Une augmentation de l'amplitude des oscillations peut être obtenue si ce système est influencé d'une certaine manière.

En poussant le swing à un certain moment et avec une certaine fréquence, vous pouvez le balancer assez fortement, en utilisant très peu d'effort. Ce sera une résonance : la fréquence de nos influences coïncide avec la fréquence des vibrations du swing et l'amplitude de celui-ci. les vibrations augmentent.

L'essence du phénomène de résonance

La résonance en physique est une réponse sélective en fréquence système oscillatoireà une influence externe périodique, qui se manifeste par une forte augmentation de l'amplitude des oscillations stationnaires lorsque la fréquence coïncide influence externe avec certaines valeurs caractéristiques d'un système donné.

L'essence du phénomène de résonance en physique est que l'amplitude des vibrations augmente fortement lorsque la fréquence d'influence sur le système coïncide avec la fréquence naturelle du système.

Il existe des cas connus où le pont le long duquel marchaient les soldats a résonné avec le pas de marche, a basculé et s'est effondré. C'est d'ailleurs pourquoi désormais, lorsqu'ils traversent le pont, les soldats sont censés marcher à un rythme libre et non au pas.

Exemples de résonance

Le phénomène de résonance est observé dans une variété de processus physiques. Par exemple, résonance sonore. Prenons une guitare. Le son des cordes de la guitare sera faible et presque inaudible. Cependant, il y a une raison pour laquelle les cordes sont installées au-dessus du corps : le résonateur. Une fois à l'intérieur du corps, le son des vibrations de la corde s'intensifie, et celui qui tient la guitare peut sentir comment elle commence à « trembler » légèrement et à vibrer sous les coups sur les cordes. En d’autres termes, résonner.

Un autre exemple d’observation de résonance que nous rencontrons est celui des cercles sur l’eau. Si vous jetez deux pierres dans l’eau, leurs vagues se rencontreront et augmenteront.

L’action d’un four à micro-ondes repose également sur la résonance. Dans ce cas, la résonance se produit dans les molécules d'eau qui absorbent le rayonnement micro-onde (2,450 GHz). Résultat : les molécules résonnent, vibrent plus fortement et la température des aliments augmente.

La résonance peut être à la fois bénéfique et nuisible. Et la lecture de l'article, ainsi que l'aide de notre service étudiant en situation éducative difficile, ne vous apporteront que des bénéfices. Si pendant les cours vous avez besoin de comprendre la physique résonance magnétique, vous pouvez contacter notre société en toute sécurité pour une assistance rapide et qualifiée.

Enfin, nous vous suggérons de regarder une vidéo sur le thème de la « résonance » et de vous assurer que la science peut être passionnante et intéressante. Notre service vous aidera dans n'importe quel travail : des cours sur la physique des oscillations ou un essai sur la littérature.

Type de cours : cours sur l'apprentissage de nouvelles matières et la consolidation initiale.

Démonstrations : le phénomène de résonance électrique.

Accompagnement pédagogique et méthodologique : présentations vidéo du matériel pédagogique n°, .

Moyens techniques entraînement:

• générateur de fonctions FG-100 ;
• oscilloscope S1-83 ;
• disposition du circuit oscillatoire ;
• ordinateur;
• projecteur multimédia;
• écran.

DÉROULEMENT DE LA LEÇON

I. Introduction : créer de la motivation.

« Fermez les yeux, libérez vos oreilles, tendez votre ouïe, et du souffle le plus doux au bruit le plus sauvage, du son le plus simple à l'harmonie la plus haute, du cri passionné le plus puissant au cri le plus puissant. mots doux raison - tout cela est le discours de la nature, qui révèle son être, sa puissance, sa vie...

Elle donne un spectacle merveilleux ; si elle le voit elle-même, nous ne le savons pas, mais elle nous le donne, et nous, inaperçus, regardons au coin de la rue... Elle apparaît à tout le monde d'une manière particulière. Il se cache sous mille noms et titres, et est toujours le même. Elle m'a donné la vie et elle m'emmènera. Je lui fais confiance. Laisse-la faire de moi ce qu’elle veut… » Johann Wolfgang Goethe

La physique est la science de la nature qui a levé le voile et dévoilé plus de mystères de l’univers que toute autre science. Nous sommes des enfants de la nature et devons pouvoir lui parler, la comprendre et en prendre soin.

De plus, nous devons non seulement utiliser tout ce que la nature nous donne, l'admirer, mais essayer de le comprendre et de voir ce qui nous est caché derrière. images externes phénomènes. Et cela n'est possible qu'avec l'aide d'une science merveilleuse : la physique.

Seule la physique permet de constater que dans « les phénomènes naturels il y a des formes et des rythmes inaccessibles à l'œil du contemplateur, mais ouverts à l'œil de l'analyste. Nous appelons ces formes et ces rythmes des lois physiques » (R. Feynman).

II. Répétition du matériel précédemment étudié.

Dans les leçons précédentes, nous avons étudié en détail les processus qui se produisent dans une section d'un circuit avec l'une des résistances possibles.

Aujourd'hui en classe nous devons étudier les principales caractéristiques du courant électrique alternatif sur une section réelle du circuit et révéler entité physique processus se produisant lors de la résonance électrique.

Alors rappelons-nous.

Enquête frontale

1. Comment appelle-t-on les oscillations électromagnétiques ?
2. Lequel vibrations électromagnétiques appelé forcé?
3. Donnez la définition du courant électrique alternatif.
4. Qu'est-ce qu'un circuit alternatif avec résistance active ?
5. Nommez les principales caractéristiques du courant électrique alternatif dans une section d'un circuit à résistance active.
6. Définir la valeur efficace du courant alternatif.
7. Qu'est-ce qu'un circuit alternatif avec capacité ?
8. Selon quelles lois les valeurs instantanées de tension et de courant changent-elles dans un tel circuit et quel est le déphasage entre elles ?
9. De quelles grandeurs dépend la réactance capacitive ?
10. Comment s'écrit la loi d'Ohm pour l'amplitude et les valeurs efficaces du courant et de la tension ?
11. Qu'est-ce qu'un circuit alternatif à réactance inductive ?
12. Nommez les principales caractéristiques du courant électrique alternatif dans une section d'un circuit avec capacité.

Vous êtes invités à rappeler à nouveau la matière précédemment étudiée et à regarder sa présentation vidéo.

III. Apprendre du nouveau matériel.

Dans les cahiers d'exercices, nous notons la date, le type de travail, le sujet de la leçon et les questions abordées.

Questions abordées :

• Loi d'Ohm pour un circuit électrique à courant alternatif.
• Résonance dans un circuit alternatif.
• Application et prise en compte de la résonance en technologie.

En effet, la section du circuit parcourue par le courant électrique alternatif présente les propriétés de résistance active, capacitive et inductive, bien qu'à des degrés divers. Dans certains cas, l'une ou l'autre résistance peut être négligée, selon le problème à résoudre.

Considérons les processus se produisant dans une section réelle du circuit, qui est une connexion en série d'une résistance, d'un condensateur et d'une inductance.

<Рисунок 1>

Relations entre grandeurs physiques car une telle section est beaucoup plus compliquée, passons donc aux principaux résultats.

Décrivons le passage du courant électrique alternatif à travers une telle section du circuit.

La tension fournie par le générateur externe à tout moment est égale à la somme des chutes de tension dans les différentes sections du circuit :

Laissez la tension dans le circuit changer selon la loi harmonique :

Étant donné que la tension dans chaque section est différente, dans différentes sections du circuit, il existe un déphasage entre les fluctuations du courant et de la tension. Par conséquent, l'intensité du courant dans le circuit changera selon la loi :

L'amplitude de la tension appliquée est déterminée par diagramme vectoriel lorsque la somme géométrique des amplitudes de la tension chute aux bornes de la résistance active, de l'inductance et du condensateur.

Résistance électrique totale du circuit au courant alternatif :

Ampleur

appelé réactance ou réactance.

La loi d'Ohm pour un circuit à courant alternatif s'écrira comme suit :

La formulation de la loi d'Ohm pour un circuit à courant alternatif :

L'amplitude du courant alternatif est directement proportionnelle à l'amplitude de la tension et inversement proportionnelle à l'impédance du circuit.

Loi d'Ohm pour les valeurs efficaces du courant et de la tension :

Le déphasage entre les fluctuations de courant et de tension peut être déterminé à partir d'un diagramme vectoriel :

De nouveaux phénomènes physiques se produisent sur une section réelle du circuit. L'un des plus importants est résonance électrique.

Phénomène résonance électrique a été décrit pour la première fois par le remarquable physicien anglais James Clerk Maxwell en 1868.

De la formule (7) découle la condition dans laquelle la résonance électrique se produit : l'intensité du courant est maximale à valeur minimale résistance totale du circuit, c'est-à-dire Quand:

Dans ce cas:

• le circuit n'a qu'une résistance active ;
• (UL) rés. = (UC) rés.
(en valeur absolue), mais opposé en phase.

De (10), il résulte que la résonance électrique se produit lorsque la fréquence de la tension de commande est égale à la fréquence propre du circuit électrique :

L'amplitude des oscillations en régime permanent de l'intensité du courant à la résonance est déterminée par :

Avec la résonance électrique, le circuit n'a en réalité qu'une résistance active, c'est-à-dire il n'y a pas de déphasage entre le courant et la tension, bien qu'il y ait ce déphasage avant et après résonance.

Analysons la formule (12) :

<Рисунок 3>

Ainsi : la résonance dans un circuit électrique à courant alternatif est un phénomène de forte augmentation d'amplitude oscillations forcées intensité du courant dans le circuit oscillant lorsque la fréquence de la tension alternative externe coïncide avec la fréquence du libre oscillations continues dans le circuit.

Voyons comment en pratique on peut obtenir le phénomène de résonance de tension dans un circuit électrique à courant alternatif lorsque ses éléments sont connectés en série.

Expérience de démonstration.

A partir du générateur fonctionnel, nous fournissons une tension alternative sinusoïdale, dont la fréquence peut être modifiée, à l'entrée d'un circuit oscillatoire réel. Nous connectons un oscilloscope à la sortie du circuit oscillatoire, qui convertit le signal électrique en image visible. Comment va-t-il réagir ? circuit oscillatoire changer la fréquence du signal de forçage ?

Nous modifions la fréquence du signal d'entrée vers l'augmentation. On observe : une augmentation de l'amplitude des oscillations du signal de sortie sur l'écran de l'oscilloscope.

Avec une nouvelle augmentation de la fréquence du signal d'entrée, une diminution de l'amplitude du signal de sortie est observée. Le moment où l'amplitude des oscillations du signal de sortie était maximale correspond au phénomène de résonance de tension électrique.

Étudions en pratique comment le circuit oscillant réagit aux changements de capacité du condensateur et d'inductance de la bobine, c'est-à-dire comment la fréquence de résonance change.

Augmentons la capacité du condensateur.

Augmentons l'inductance de la bobine. On observe : la fréquence de résonance a diminué.

Confirmons en pratique que : (U L) res. = (UC) rés.

Pour ce faire, il suffit de comparer les amplitudes du signal de sortie extrait du condensateur et de l'inductance.

Le phénomène de résonance électrique est largement utilisé dans les communications radio dans les circuits de réglage des récepteurs radio (pour isoler un signal de la fréquence requise), des amplificateurs et des générateurs d'oscillations haute fréquence. Le fonctionnement de nombreux instruments de mesure repose sur le phénomène de résonance. Par exemple, un ondemètre résonant est utilisé pour mesurer la fréquence et constitue un élément essentiel des générateurs de signaux standard.

Il faut rappeler que le phénomène de résonance électrique doit être pris en compte lors du calcul de l'isolation des circuits électriques.

Les effets nocifs de la résonance se produisent lorsque des courants ou des tensions excessivement élevés apparaissent dans un circuit non conçu pour fonctionner dans des conditions de résonance.

De fortes augmentations de courant peuvent entraîner une perturbation de l'isolation des spires de l'inducteur, et des tensions élevées peuvent entraîner une panne des condensateurs.

IV. Consolidation du matériel étudié.

Questions de consolidation

1. Qu’a-t-on appris en classe aujourd’hui ?
2. Comment formuleriez-vous le sujet de la leçon d’aujourd’hui ?
3. Quels nouveaux concepts ont été introduits dans la leçon ?
4. Quelle est la section réelle du circuit ?
5. Quelles nouvelles formules et lois avez-vous étudiées ?
6. Avec quelle nouveauté phénomène physique Avez-vous rencontré?
7. Définir la résonance électrique.

Nous présentons à votre attention les principales caractéristiques du courant électrique alternatif dans un circuit électrique en série. Regardons l'écran.

V. Résumer la leçon.

Nous terminons notre leçon. Traçons la logique de notre étude du matériel pédagogique.

Par où avons-nous commencé ?

1. Le matériel étudié précédemment a été répété.
2. A mis en évidence le principal principes théoriques nouveau sujet.
3. Ces dispositions ont été confirmées par une expérience de démonstration.
4. Trouvé application pratique phénomènes de résonance électrique.
5. Systématiser et consolider les connaissances acquises.

Réflexion
(Des cartes avec des questions se trouvent sur le bureau de chaque élève.)

1. De quelles choses intéressantes avez-vous retenu pendant la leçon ?
2. Qu’avez-vous trouvé utile ?
3. Quel a été le plus grand défi ?
4. Comment évaluez-vous les connaissances acquises aujourd’hui (profondes, conscientes ; à réaliser ; inconscientes) ?

Plusieurs élèves lisent leurs réponses. L'enseignant résume le cours et les notes sont annoncées aux élèves.

VI. Devoirs.

• §35. Manuel « Physique-11 ». Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B.
• N° 981, 982, 983. Physique. Livre de problèmes pour les classes 10-11. Rymkevitch A.P.

Derniers mots du professeur :

Nous conclurons notre leçon avec les paroles de l'ancien philosophe chinois, disciple de Confucius - Xun Tzu :

« Sans grimper haute montagne, tu ne connais pas la hauteur du ciel. Sans regarder dans une gorge profonde dans les montagnes, vous ne connaîtrez pas l'épaisseur de la terre. Sans écouter les ordres de vos ancêtres, vous ne reconnaîtrez pas la grandeur du savoir.

"Vous ne pouvez pas arrêter d'apprendre."

Et en effet, il y a encore tellement de choses inconnues et non résolues autour de nous. Quel est le domaine d'activité de des mains habiles, esprit curieux, nature courageuse et curieuse ! Et le « grand océan de vérité » s’étend toujours devant nous, totalement irrésolu, mystérieux, magique et séduisant.

Je remercie tout le monde pour la leçon. Au revoir.

Littérature

1. Myakishev G.Ya. Physique : manuel. pour la 11e année
2. enseignement général institutions / G.Ya. Myakishev, B.B.
3. Boukhovtsev. – M. : Éducation, 2005, p. 102-105. Glazunov A.T., Kabardin O.F., Malinin A.N. etc.; Éd. Pinsky A.A., Kabardina O.F. Physique : Manuel. pour la 11e année avec profondeur étudier la physique. – M. : Éducation, 2005, p. 32-34, 39-41. Disque "
4. Physique ouverte

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Comp. Kondrashov A.P., Komarova I.I. De belles pensées de personnes formidables. – M. : RIPOL classique, 2007, p. 48.
Le phénomène décrit s'explique comme suit. Au moyen d'un couplage inductif, une force électromotrice alternative ayant la fréquence du générateur est induite dans la bobine L. En conséquence, des oscillations électriques forcées non amorties (courant de circuit) apparaissent dans le circuit à la fréquence du générateur. En principe, ces oscillations ont une faible amplitude, c'est-à-dire La tension alternative aux bornes du condensateur est bien inférieure à la tension du générateur. Mais lorsque la fréquence du générateur devient égale à la fréquence propre du circuit oscillant, le phénomène de résonance se produit. Il se caractérise par le fait que le courant de boucle est important et que la tension sur le condensateur peut devenir plusieurs fois supérieure (120 à 150 fois) à la tension du générateur. Par conséquent, le circuit oscillatoire a ce qu'on appelle une sélectivité en fréquence et, pendant la résonance, augmente de manière répétée la tension des oscillations qui lui sont appliquées. Plus le facteur de qualité du circuit est élevé, plus ces propriétés sont prononcées (Fig. 5). Il est à noter que le facteur de qualité du circuit dépend principalement du facteur de qualité de l'inducteur, plus précisément de sa résistance aux pertes. Par conséquent, de véritables circuits oscillants sont parfois représentés avec la résistance de perte de l'inducteur (Fig. 6). On peut voir qu’un circuit oscillant idéal n’a qu’une capacité et une inductance. Un véritable circuit oscillant possède une capacité, une inductance et une résistance aux pertes. Plus le Rpot est bas, plus le facteur de qualité du circuit est élevé. Les bons circuits oscillants ont un facteur de qualité de 50 à 150. DANS schémas électriques le circuit oscillatoire est connecté (directement, inductivement, capacitivement) à une source vibrations électriques. Cette source peut être une antenne, un étage amplificateur, etc., qui

Circuit oscillant en série

Dans un tel circuit, le générateur est connecté en série avec une bobine et un condensateur. Par exemple, avec le couplage inductif, le circuit oscillant est en série, car une FEM est induite dans la bobine (Fig. 7), ce qui équivaut à connecter un générateur en série avec une bobine L et un condensateur C. L'équivalence des transformations est illustré à la figure 7.
Lors de la résonance, le circuit série se caractérise par les caractéristiques suivantes :
1. La résistance du circuit est minimale et égale à Rpot.
2. La tension sur le condensateur (ou la bobine) est Q fois supérieure à la tension du générateur. Ici Q est le facteur de qualité du circuit.