Definisi resonansi listrik. Resonansi tegangan

Resonansi adalah salah satu yang paling umum di alam. Resonansi dapat diamati dalam sistem mekanik, listrik, dan bahkan termal. Tanpa resonansi, kita tidak akan memiliki radio, televisi, musik, dan bahkan ayunan di taman bermain, apalagi yang paling efektif sistem diagnostik, digunakan di pengobatan modern. Salah satu yang paling menarik dan spesies yang bermanfaat resonansi di rangkaian listrik adalah resonansi tegangan.

Elemen rangkaian resonansi

Fenomena resonansi dapat terjadi pada rangkaian RLC yang mengandung komponen-komponen berikut:

• R - resistor. Perangkat ini, yang termasuk dalam elemen aktif rangkaian listrik, mengubah energi listrik menjadi energi panas. Dengan kata lain, mereka menghilangkan energi dari sirkuit dan mengubahnya menjadi panas.
• L - induktansi. Induktansi dalam rangkaian listrik dianalogikan dengan massa atau inersia dalam sistem mekanik. Komponen ini tidak terlalu terlihat dalam rangkaian listrik sampai Anda mencoba mengubahnya. Dalam mekanika misalnya, perubahan tersebut adalah perubahan kecepatan. Dalam rangkaian listrik - perubahan arus. Jika karena alasan apa pun hal ini terjadi, induktansi akan melawan perubahan mode rangkaian ini.
• C adalah sebutan untuk kapasitor, yaitu perangkat yang menyimpan energi listrik dengan cara yang sama seperti pegas yang menyimpan Induktansi memusatkan dan menyimpan energi magnet, sedangkan kapasitor memusatkan muatan dan dengan demikian menyimpan energi listrik.

Konsep rangkaian resonansi

Elemen kunci dari rangkaian resonansi adalah induktansi (L) dan kapasitansi (C). Sebuah resistor cenderung meredam osilasi, sehingga menghilangkan energi dari rangkaian. Ketika mempertimbangkan proses yang terjadi pada rangkaian osilasi, kita mengabaikannya untuk sementara, tetapi kita harus ingat bahwa, seperti gaya gesekan dalam sistem mekanis. hambatan listrik di sirkuit tidak dapat dihilangkan.

Resonansi tegangan dan resonansi arus

Tergantung pada metode koneksi elemen kunci rangkaian resonansi dapat seri atau paralel. Bila suatu rangkaian osilasi seri dihubungkan dengan sumber tegangan yang frekuensi sinyalnya sama dengan frekuensinya sendiri, maka dalam kondisi tertentu terjadi resonansi tegangan di dalamnya. Resonansi pada rangkaian listrik dengan elemen reaktif yang dihubungkan paralel disebut resonansi arus.

Frekuensi alami rangkaian resonansi

Kita dapat membuat sistem berosilasi pada frekuensinya sendiri. Untuk melakukan ini, Anda perlu mengisi kapasitor terlebih dahulu, seperti yang ditunjukkan pada gambar kiri atas. Ketika ini selesai, kunci dipindahkan ke posisi yang ditunjukkan pada gambar yang sama di sebelah kanan.

Pada waktu "0" semuanya energi listrik disimpan dalam kapasitor, dan arus dalam rangkaian sama dengan nol(gambar di bawah). Perhatikan bahwa pelat atas kapasitor bermuatan positif dan pelat bawah bermuatan negatif. Kita tidak dapat melihat osilasi elektron dalam suatu rangkaian, namun kita dapat mengukur arus dengan ammeter, dan menggunakan osiloskop untuk melacak pola arus terhadap waktu. Perhatikan bahwa T pada grafik kita adalah waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu osilasi, yang dalam teknik elektro disebut “periode osilasi”.

Arus mengalir searah jarum jam (gambar di bawah). Energi ditransfer dari kapasitor ke Pada pandangan pertama mungkin tampak aneh bahwa induktansi mengandung energi, namun serupa dengan energi kinetik terkandung dalam massa yang bergerak.

Energi mengalir kembali ke kapasitor, namun perhatikan bahwa polaritas kapasitor kini telah terbalik. Dengan kata lain, pelat bawah sekarang sudah ada muatan positif, dan pelat atasnya adalah muatan negatif(gambar di bawah).

Sekarang sistem telah sepenuhnya terbalik, dan energi mulai mengalir dari kapasitor kembali ke induktansi (gambar di bawah). Akhirnya energi kembali sepenuhnya ke titik awalnya dan siap untuk memulai siklusnya lagi.

Frekuensi osilasi dapat diperkirakan sebagai berikut:

• F = 1/2π(LC) 0,5,

dimana: F - frekuensi, L - induktansi, C - kapasitansi.

Proses yang dibahas dalam contoh ini mencerminkan esensi fisik resonansi tegangan.

Studi Resonansi Stres

Dalam rangkaian LC nyata selalu ada resistansi kecil, yang mengurangi peningkatan amplitudo arus pada setiap siklus. Setelah beberapa siklus, arus berkurang menjadi nol. Efek ini disebut "peredaman gelombang sinus". Laju peluruhan arus menjadi nol bergantung pada nilai resistansi pada rangkaian. Namun, resistansi tidak mengubah frekuensi osilasi rangkaian resonansi. Jika resistansinya cukup tinggi, osilasi sinusoidal pada rangkaian tidak akan terjadi sama sekali.

Jelasnya, di mana ada frekuensi osilasi alami, ada kemungkinan eksitasi dari proses resonansi. Caranya dengan memasukkan catu daya (AC) pada rangkaian seri, seperti terlihat pada gambar di sebelah kiri. Istilah "variabel" berarti tegangan keluaran sumber berfluktuasi pada frekuensi tertentu. Jika frekuensi catu daya bertepatan dengan frekuensi alami rangkaian, terjadi resonansi tegangan.

Kondisi terjadinya

Sekarang kita akan memperhatikan kondisi terjadinya resonansi tegangan. Seperti yang ditunjukkan pada gambar terakhir, kami telah mengembalikan resistor ke rangkaian. Dengan tidak adanya resistor pada rangkaian, arus pada rangkaian resonansi akan meningkat sampai batas tertentu nilai maksimum, ditentukan oleh parameter elemen rangkaian dan kekuatan sumber listrik. Peningkatan resistansi resistor pada rangkaian resonansi akan meningkatkan kecenderungan melemahnya arus pada rangkaian, namun tidak mempengaruhi frekuensi. getaran resonansi. Biasanya, mode resonansi tegangan tidak terjadi jika resistansi rangkaian resonansi memenuhi kondisi R = 2(L/C) 0,5.

Menggunakan resonansi tegangan untuk mengirimkan sinyal radio

Fenomena resonansi tegangan bukan hanya fenomena fisik yang sangat menarik. Ia memainkan peran luar biasa dalam teknologi komunikasi nirkabel - radio, televisi, telepon seluler. Pemancar yang digunakan untuk transmisi informasi nirkabel harus berisi sirkuit yang dirancang untuk beresonansi pada frekuensi tertentu untuk setiap perangkat, yang disebut frekuensi pembawa. Dengan bantuan antena pemancar yang terhubung ke pemancar, ia memancarkan frekuensi pembawa.

Antena di ujung lain jalur transmisi-penerimaan menerima sinyal ini dan menyalurkannya ke sirkuit penerima yang dirancang untuk beresonansi pada frekuensi pembawa. Jelasnya, antena menerima banyak sinyal pada frekuensi berbeda, belum lagi kebisingan latar belakang. Karena kehadiran perangkat penerima yang disetel ke frekuensi pembawa dari rangkaian resonansi pada input, penerima memilih satu-satunya frekuensi yang benar, menghilangkan semua frekuensi yang tidak perlu.

Setelah sinyal radio termodulasi amplitudo (AM) terdeteksi, sinyal frekuensi rendah (LF) yang diekstraksi darinya diperkuat dan diumpankan ke perangkat reproduksi suara. Ini bentuk paling sederhana Transmisi radio sangat sensitif terhadap kebisingan dan interferensi.

Untuk meningkatkan kualitas informasi yang diterima, lainnya yang lebih maju cara yang sempurna transmisi sinyal radio, yang juga didasarkan pada penggunaan sistem resonansi yang disetel.

Atau radio FM memecahkan banyak masalah transmisi radio termodulasi amplitudo, tetapi dengan mengorbankan peningkatan kompleksitas sistem transmisi secara signifikan. Di radio FM, suara sistem di jalur elektronik diubah menjadi perubahan kecil frekuensi pembawa. Peralatan yang melakukan konversi ini disebut "modulator" dan digunakan dengan pemancar.

Oleh karena itu, demodulator harus ditambahkan ke penerima untuk mengubah sinyal kembali menjadi bentuk yang dapat direproduksi melalui pengeras suara.

Kegunaan Lain dari Resonansi Tegangan

Resonansi tegangan sebagai prinsip dasar juga dimasukkan dalam desain rangkaian berbagai filter, banyak digunakan dalam teknik kelistrikan untuk menghilangkan sinyal berbahaya dan tidak perlu, menghaluskan riak, dan menghasilkan sinyal sinusoidal.

Yang paling sederhana dan terluas aplikasi teknis menemukan resonansi dalam listrik. Ada beberapa perangkat yang digunakan untuk merakit rangkaian listrik. Mereka sering disebut elemen rangkaian pasif, dan tersedia dalam tiga jenis, meskipun setiap elemen dari satu jenis selalu memiliki sedikit elemen dari jenis lain yang tercampur di dalamnya. Sebelum menjelaskan elemen-elemen ini secara rinci, mari kita perhatikan bahwa gagasan kita tentang osilator mekanis sebagai massa yang digantung pada ujung pegas hanyalah perkiraan. Tidak seluruh massa sistem terkonsentrasi pada “massa”: pegas juga mempunyai massa tertentu, pegas juga inersia. Demikian pula, sebuah “pegas” tidak hanya terdiri dari satu pegas; massanya juga sedikit elastis, dan tidak sepenuhnya padat, seperti yang terlihat. Memantul ke atas dan ke bawah, ia sedikit menekuk di bawah tekanan pegas. Hal serupa juga terjadi pada listrik. Menyusun semua objek menjadi “elemen rantai” dengan karakteristik murni dan ideal hanya mungkin dilakukan secara kira-kira. Karena kita tidak punya waktu untuk membahas batasan perkiraan tersebut, kita hanya akan berasumsi bahwa perkiraan tersebut dapat diterima.

Nah, tentang tiga elemen rantai tersebut. Yang pertama disebut kapasitas (Gbr. 23.4); Contoh wadah adalah dua pelat logam yang dipisahkan lapisan tipis dielektrik. Jika pelat-pelat tersebut bermuatan, timbul beda potensial di antara pelat-pelat tersebut. Beda potensial yang sama akan terjadi antara titik A dan B, karena dengan tambahan beda potensial di sepanjang kabel penghubung, muatan akan mengalir ke bawah kabel. Jadi, beda potensial tertentu V antar pelat berhubungan dengan muatan tertentu +q dan -q pada masing-masing pelat. Ada medan listrik tertentu di antara pelat; kami bahkan membawanya keluar rumus yang sesuai untuknya (lihat bab 13 dan 14)

dimana d adalah jarak antar pelat, A adalah luas pelat. Perhatikan bahwa beda potensial bergantung secara linier pada muatan. Jika kapasitansi tidak dibuat dari pelat paralel, tetapi masing-masing elektroda diberi bentuk lain, beda potensial akan tetap sebanding dengan muatannya, namun konstanta proporsionalitas tidak akan mudah dihitung. Namun, Anda hanya perlu mengetahui satu hal: beda potensial antara ujung-ujung wadah sebanding dengan muatan V=q/C; faktor proporsionalitasnya adalah 1/C (C adalah kapasitansi benda).

Elemen kedua dari rangkaian disebut resistansi; elemen ini menolak arus listrik yang mengalir melaluinya. Ternyata semua kabel logam, serta banyak bahan lainnya, menahan arus dengan cara yang sama; Jika beda potensial diberikan pada ujung-ujung potongan bahan tersebut, maka kuat arus listrik pada potongan I=dq/dt akan sebanding dengan beda potensial yang diberikan.

Koefisien proporsionalitas disebut resistansi R. Anda mungkin sudah mengetahui hubungan antara arus dan beda potensial. Ini adalah hukum Ohm.

Jika Anda menganggap muatan yang terkonsentrasi dalam kapasitansi sebagai sesuatu yang analog dengan perpindahan sistem mekanis x, maka arus listrik dq/dt sama dengan kecepatan, hambatan R sama dengan koefisien hambatan c, dan 1/C sama dengan konstanta elastis pegas k. Hal yang paling menarik dari semua ini adalah adanya elemen rangkaian yang dianalogikan dengan massa! Ini adalah spiral yang menghasilkan medan magnet di dalam dirinya ketika arus melewatinya. Mengubah medan magnet menghasilkan beda potensial di ujung spiral sebanding dengan dI/dt. (Sifat spiral ini digunakan pada transformator.) Medan magnet sebanding dengan arus, dan beda potensial induksi (demikian sebutannya) sebanding dengan laju perubahan arus.

Koefisien L adalah koefisien induksi diri; itu adalah analogi listrik dari massa.

Misalkan kita merakit rangkaian tiga elemen yang dihubungkan secara seri (Gbr. 23.5); beda potensial yang diterapkan antara titik 1 dan 2 akan menyebabkan muatan-muatan bergerak sepanjang rangkaian, kemudian timbul pula beda potensial pada ujung-ujung setiap elemen rangkaian: pada ujung-ujung induktansi V L = L(d 2 q/dt 2), pada resistansi V R = R(dq/dt) , dan pada kapasitansi V c = q/C. Jumlah tegangan ini memberi kita tegangan total V:

Kita melihat bahwa persamaan ini persis sama dengan persamaan mekanis(23.6); Kami akan menyelesaikannya dengan cara yang persis sama. Mari kita asumsikan bahwa V(t) berosilasi; Untuk melakukan ini, Anda perlu menghubungkan rangkaian ke generator osilasi sinusoidal. Kemudian kita dapat menyatakan V(t) sebagai bilangan kompleks V, mengingat bahwa untuk menentukan tegangan nyata V(t) bilangan ini juga harus dikalikan dengan exp(iωt) dan mengambil bagian realnya. Kita dapat mendekati muatan q dengan cara yang sama, dan oleh karena itu kita akan menulis persamaan yang persis mengulangi (23.8): turunan kedua dari q adalah (iω) 2 q, dan turunan pertama adalah (iω)q. Persamaan (23.17) akan menjadi

dimana ω 2 0 = 1/LC, dan γ=R/L. Kami mendapatkan penyebut yang sama seperti pada soal mekanis, dengan semua sifat resonansinya! Dalam tabel 23.1 memberikan daftar analogi antara besaran listrik dan mekanik.

Satu lagi catatan teknis murni. Buku tentang kelistrikan menggunakan simbol yang berbeda-beda. (Seringkali, buku-buku dengan topik yang sama, ditulis oleh orang-orang dengan spesialisasi berbeda, menggunakan notasi berbeda.) Pertama, huruf j digunakan untuk menyatakan √-1, bukan i (saya harus menunjukkan arus!). Kedua, para insinyur lebih menyukai hubungan antara V dan I daripada antara V dan q. Mereka lebih terbiasa dengan cara seperti ini. Karena I=dq/dt=iωq, maka sebagai ganti q kita dapat mengganti I/iω, dan kemudian

Anda dapat mengubah sedikit aslinya persamaan diferensial(23.17) agar terlihat lebih familiar. Dalam buku kita sering menjumpai rasio ini:

Bagaimanapun, kita menemukan bahwa hubungan (23.19) antara tegangan V dan arus I sama dengan (23.18), dan hanya berbeda karena arus tersebut habis dibagi ico. Bilangan kompleks R+iωL+1/iωC sering disebut oleh para insinyur kelistrikan nama khusus: impedansi kompleks Z. Pendahuluan surat baru memungkinkan Anda menulis hubungan antara arus dan hambatan dalam bentuk V=ZI. Kegemaran para insinyur ini dijelaskan oleh fakta bahwa di masa muda mereka hanya mempelajari sirkuit DC dan hanya mengetahui hambatan dan hukum Ohm: V=RI. Sekarang mereka sudah lebih berpendidikan dan sudah mempunyai rantai AC, tetapi mereka ingin persamaannya sama. Jadi mereka menulis V=ZI, dan satu-satunya perbedaan adalah sekarang resistansi digantikan oleh hal yang lebih kompleks: bilangan kompleks. Mereka bersikeras bahwa mereka tidak dapat menggunakan sebutan yang diterima secara internasional untuk satuan imajiner dan tulis j; sungguh mengejutkan bahwa mereka tidak mengharuskan mereka menulis huruf R sebagai pengganti huruf Z (Pembicaraan tentang kerapatan arus memberi mereka banyak kegembiraan; mereka juga melambangkannya dengan huruf j. Kompleksitas sains sebagian besar terkait dengan kesulitan dalam notasi, satuan, dan penemuan manusia lainnya, yang tidak diketahui oleh alam sendiri.)

Kita sering mendengar kata resonansi: “resonansi publik”, “peristiwa yang menimbulkan resonansi”, “frekuensi resonansi”. Ungkapan yang cukup familiar dan biasa. Tapi bisakah Anda mengatakan dengan tepat apa itu resonansi?

Jika jawabannya mengejutkan Anda, kami sangat bangga dengan Anda! Nah, jika topik “resonansi dalam fisika” menimbulkan pertanyaan, maka kami menyarankan Anda untuk membaca artikel kami, di mana kami akan membahas secara detail, jelas dan singkat tentang fenomena resonansi.

Sebelum berbicara tentang resonansi, Anda perlu memahami apa itu osilasi dan frekuensinya.

Osilasi dan Frekuensi

Osilasi adalah proses perubahan keadaan suatu sistem, berulang sepanjang waktu dan terjadi di sekitar titik kesetimbangan.

Contoh paling sederhana dari osilasi adalah menaiki ayunan. Kami menyajikannya karena suatu alasan; contoh ini akan berguna bagi kami dalam memahami esensi fenomena resonansi di masa depan.

Resonansi hanya dapat terjadi jika terdapat getaran. Dan tidak peduli apa pun fluktuasinya - fluktuasi tegangan listrik, getaran suara, atau sekadar getaran mekanis.

Pada gambar di bawah ini kami menjelaskan apa saja fluktuasi yang bisa terjadi.

Omong-omong! Untuk pembaca kami sekarang ada diskon 10%.

Osilasi dicirikan oleh amplitudo dan frekuensi. Untuk ayunan yang telah disebutkan di atas, amplitudo osilasinya adalah tinggi maksimum, tempat ayunannya lepas landas. Kita juga bisa mengayunkan ayunannya secara perlahan maupun cepat. Tergantung pada ini, frekuensi osilasi akan berubah.

Frekuensi osilasi (diukur dalam Hertz) adalah jumlah osilasi per satuan waktu. 1 Hertz adalah satu osilasi per detik.

Saat kita mengayunkan ayunan, sistem diayunkan secara berkala dengan gaya tertentu (in dalam hal ini ayunan adalah sistem osilasi), ia melakukan osilasi paksa. Peningkatan amplitudo osilasi dapat dicapai jika sistem ini dipengaruhi dengan cara tertentu.

Dengan mendorong ayunan pada saat tertentu dan dengan frekuensi tertentu, Anda dapat mengayunkannya dengan cukup kuat, dengan menggunakan sedikit usaha. Ini akan menjadi resonansi: frekuensi pengaruh kita bertepatan dengan frekuensi getaran ayunan dan amplitudonya. getarannya meningkat.

Inti dari fenomena resonansi

Resonansi dalam fisika adalah respons selektif frekuensi sistem osilasi terhadap pengaruh eksternal periodik, yang memanifestasikan dirinya dalam peningkatan tajam dalam amplitudo osilasi stasioner ketika frekuensinya bertepatan pengaruh eksternal dengan nilai-nilai tertentu yang menjadi ciri suatu sistem tertentu.

Inti dari fenomena resonansi dalam fisika adalah amplitudo getaran meningkat tajam ketika frekuensi pengaruh pada sistem bertepatan dengan frekuensi alami sistem.

Ada kasus yang diketahui ketika jembatan tempat tentara berbaris bergema dengan langkah berbaris, bergoyang dan runtuh. Ngomong-ngomong, itulah sebabnya sekarang, ketika melintasi jembatan, tentara harus berjalan dengan kecepatan bebas, dan bukan dengan berjalan kaki.

Contoh resonansi

Fenomena resonansi diamati dalam berbagai hal proses fisik. Misalnya, resonansi suara. Ayo ambil gitar. Suara senar gitarnya sendiri akan terdengar pelan dan nyaris tak terdengar. Namun, ada alasan mengapa senar dipasang di atas badan - resonator. Begitu masuk ke dalam bodi, suara dari getaran senar semakin kuat, dan orang yang memegang gitar dapat merasakan bagaimana gitar itu mulai sedikit “bergetar” dan bergetar akibat pukulan pada senar. Dengan kata lain, beresonansi.

Contoh lain pengamatan resonansi yang kita temui adalah lingkaran di atas air. Jika dua buah batu dilempar ke dalam air, gelombang yang lewat dari kedua batu tersebut akan bertemu dan bertambah besar.

Tindakan oven microwave juga didasarkan pada resonansi. Dalam hal ini resonansi terjadi pada molekul air yang menyerap radiasi gelombang mikro (2,450 GHz). Akibatnya, molekul beresonansi, bergetar lebih kuat, dan suhu makanan meningkat.

Resonansi bisa bermanfaat dan berbahaya. Dan membaca artikel tersebut, serta bantuan layanan siswa kami dalam situasi pendidikan yang sulit, hanya akan memberi manfaat bagi Anda. Jika selama perkuliahan Anda perlu memahami fisika resonansi magnetik, Anda dapat dengan aman menghubungi perusahaan kami untuk mendapatkan bantuan yang cepat dan berkualitas.

Terakhir, kami menyarankan untuk menonton video dengan topik “resonansi” dan memastikan bahwa sains bisa menjadi hal yang menarik dan menarik. Layanan kami akan membantu pekerjaan apa pun: mulai dari kursus fisika osilasi atau esai tentang sastra.

Jenis pelajaran: pelajaran mempelajari materi baru dan konsolidasi awal.

Demonstrasi: fenomena resonansi listrik.

Dukungan pendidikan dan metodologi: presentasi video materi pendidikan No., .

Sarana teknis pelatihan:

• generator fungsi FG-100;
• osiloskop S1-83;
• tata letak rangkaian osilasi;
• komputer;
• proyektor multimedia;
• layar.

KEMAJUAN PELAJARAN

I. Pendahuluan: menciptakan motivasi.

“Pejamkan matamu, bebaskan telingamu, saringlah pendengaranmu, dan dari nafas yang paling lembut hingga suara yang paling liar, dari suara yang paling sederhana hingga harmoni yang paling tinggi, dari tangisan yang paling kuat hingga yang paling nyaring. kata-kata yang lemah lembut alasan - semua ini adalah ucapan alam, yang mengungkapkan keberadaannya, kekuatannya, kehidupannya...

Dia memberikan tontonan yang menakjubkan; apakah dia melihatnya sendiri, kita tidak tahu, tapi dia memberikannya kepada kita, dan kita, tanpa disadari, melihat ke sekeliling... Dia tampak bagi semua orang dengan cara yang istimewa. Ia bersembunyi di bawah ribuan nama dan gelar, dan masih tetap sama. Dia menghidupkanku, dan dia akan membawaku pergi. Saya percaya padanya. Biarkan dia melakukan apa yang dia inginkan denganku… ” Johann Wolfgang Goethe

Fisika adalah ilmu tentang alam, yang telah membuka tabir dan mengungkap lebih banyak misteri alam semesta dibandingkan ilmu lainnya. Kita adalah anak alam dan harus bisa berbicara dengannya, memahaminya dan menjaganya.

Selain itu, kita tidak hanya harus memanfaatkan segala sesuatu yang diberikan alam kepada kita, mengaguminya, tetapi mencoba memahaminya dan melihat apa yang tersembunyi di baliknya. gambar eksternal fenomena. Dan ini hanya mungkin dengan bantuan ilmu pengetahuan yang luar biasa - fisika.

Hanya fisika yang memungkinkan kita untuk memperhatikan bahwa dalam “fenomena alam terdapat bentuk dan ritme yang tidak dapat diakses oleh mata yang merenung, tetapi terbuka untuk mata analis. Kami menyebut bentuk dan ritme ini sebagai hukum fisika” (R. Feynman).

II. Pengulangan materi yang telah dipelajari sebelumnya.

Dalam pelajaran sebelumnya, kita mempelajari secara rinci proses yang terjadi pada bagian rangkaian dengan salah satu hambatan yang mungkin.

Hari ini di kelas kita harus mempelajari ciri-ciri utama arus listrik bolak-balik pada bagian nyata rangkaian dan mengungkapnya entitas fisik proses yang terjadi selama resonansi listrik.

Jadi mari kita ingat.

Survei depan

1. Osilasi elektromagnetik disebut?
2. Yang getaran elektromagnetik disebut terpaksa?
3. Berikan definisi arus listrik bolak-balik.
4. Apa yang dimaksud dengan rangkaian AC dengan resistansi aktif?
5. Sebutkan ciri-ciri utama arus listrik bolak-balik pada suatu bagian rangkaian dengan hambatan aktif.
6. Tentukan nilai efektif arus bolak-balik.
7. Apa yang dimaksud dengan rangkaian AC dengan kapasitansi?
8. Menurut hukum apa nilai tegangan dan arus sesaat berubah dalam rangkaian seperti itu dan berapa pergeseran fasa di antara keduanya?
9. Besaran apa yang bergantung pada reaktansi kapasitif?
10. Bagaimana hukum Ohm ditulis untuk amplitudo dan nilai efektif arus dan tegangan?
11. Apa yang dimaksud dengan rangkaian AC dengan reaktansi induktif?
12. Sebutkan ciri-ciri utama arus listrik bolak-balik pada suatu bagian rangkaian yang mempunyai kapasitansi.

Anda diajak untuk mengingat kembali materi yang telah dipelajari sebelumnya dan menonton video penyajiannya.

AKU AKU AKU. Mempelajari materi baru.

Di buku kerja kami menuliskan tanggal, jenis pekerjaan, topik pelajaran dan masalah yang dibahas.

Masalah yang dibahas:

• Hukum Ohm untuk rangkaian listrik arus bolak-balik.
• Resonansi pada rangkaian AC.
• Penerapan dan pertimbangan resonansi dalam teknologi.

Faktanya, bagian rangkaian yang dilalui arus listrik bolak-balik memiliki sifat resistansi aktif, kapasitif, dan induktif, meskipun derajatnya berbeda-beda. Dalam beberapa kasus, satu atau beberapa hambatan dapat diabaikan, tergantung pada masalah yang dipecahkan.

Mari kita perhatikan proses yang terjadi di bagian nyata dari rangkaian, yang merupakan sambungan seri dari resistor, kapasitor, dan induktor.

<Рисунок 1>

Hubungan antara besaran fisis karena bagian seperti itu jauh lebih rumit, jadi mari kita beralih ke hasil utama.

Mari kita gambarkan aliran arus listrik bolak-balik melalui bagian rangkaian tersebut.

Tegangan yang disuplai oleh generator eksternal setiap saat sama dengan jumlah penurunan tegangan di berbagai bagian rangkaian:

Biarkan tegangan pada rangkaian berubah menurut hukum harmonik:

Karena tegangan pada setiap bagian berbeda-beda, maka pada bagian rangkaian yang berbeda terjadi pergeseran fasa antara fluktuasi arus dan tegangan. Oleh karena itu, kuat arus pada rangkaian akan berubah menurut hukum:

Amplitudo tegangan yang diberikan ditentukan oleh diagram vektor sebagai jumlah geometri amplitudo tegangan turun pada resistansi aktif, induktor, dan kapasitor.

Hambatan listrik total rangkaian terhadap arus bolak-balik:

Besarnya

ditelepon reaktansi atau reaktansi.

Hukum Ohm untuk rangkaian arus bolak-balik akan ditulis sebagai:

Rumusan hukum Ohm untuk rangkaian arus bolak-balik:

Amplitudo arus bolak-balik berbanding lurus dengan amplitudo tegangan dan berbanding terbalik dengan impedansi rangkaian.

Hukum Ohm untuk nilai efektif arus dan tegangan:

Pergeseran fasa antara fluktuasi arus dan tegangan dapat ditentukan dari diagram vektor:

Fenomena fisika baru terjadi pada bagian nyata rangkaian. Salah satu yang penting adalah resonansi listrik.

Gejala resonansi listrik pertama kali dijelaskan oleh fisikawan Inggris terkemuka James Clerk Maxwell pada tahun 1868.

Dari rumus (7) berikut kondisi terjadinya resonansi listrik: kuat arus maksimum pada nilai minimum resistansi total rangkaian, mis. Kapan:

Dalam hal ini:

• rangkaian hanya memiliki resistansi aktif;
• (UL) res. = (UC) res.
(dalam nilai absolut), tetapi fasenya berlawanan.

Dari (10) dapat disimpulkan bahwa resonansi listrik terjadi bila frekuensi tegangan penggerak sama dengan frekuensi alami rangkaian listrik:

Amplitudo osilasi kuat arus pada resonansi ditentukan oleh:

Dengan resonansi listrik, rangkaian sebenarnya hanya memiliki hambatan aktif, yaitu. tidak ada pergeseran fasa antara arus dan tegangan, meskipun ada pergeseran fasa sebelum dan sesudah resonansi.

Mari kita analisa rumus (12):

<Рисунок 3>

Jadi: resonansi pada rangkaian listrik arus bolak-balik merupakan fenomena peningkatan amplitudo yang tajam osilasi paksa kekuatan arus dalam rangkaian osilasi ketika frekuensi tegangan bolak-balik luar bertepatan dengan frekuensi bebas osilasi terus menerus di sirkuit.

Mari kita lihat bagaimana dalam prakteknya kita dapat memperoleh fenomena resonansi tegangan pada rangkaian listrik arus bolak-balik ketika elemen-elemennya dihubungkan secara seri.

Eksperimen demonstrasi.

Dari generator fungsional, kami menyuplai tegangan sinusoidal bolak-balik, yang frekuensinya dapat diubah, ke input rangkaian osilasi nyata. Kami menghubungkan osiloskop ke output rangkaian osilasi, yang mengubah sinyal listrik menjadi gambar yang terlihat. Bagaimana reaksinya? rangkaian osilasi untuk mengubah frekuensi sinyal pemaksa?

Kami mengubah frekuensi sinyal input ke arah peningkatan. Kami mengamati: peningkatan amplitudo osilasi sinyal keluaran pada layar osiloskop.

Dengan peningkatan lebih lanjut dalam frekuensi sinyal masukan, terjadi penurunan amplitudo sinyal keluaran. Momen ketika amplitudo osilasi sinyal keluaran maksimum sesuai dengan fenomena resonansi tegangan listrik.

Mari kita pelajari dalam praktik bagaimana rangkaian osilasi bereaksi terhadap perubahan kapasitansi kapasitor dan induktansi kumparan, yaitu. bagaimana frekuensi resonansi berubah.

Mari kita tingkatkan kapasitansi kapasitor.

Mari kita tingkatkan induktansi kumparan. Kami mengamati: frekuensi resonansi menurun.

Mari kita konfirmasikan dalam praktiknya bahwa: (UL) res. = (UC) res.

Untuk melakukan ini, cukup membandingkan amplitudo sinyal keluaran yang diambil dari kapasitor dan induktor.

Fenomena resonansi listrik banyak digunakan dalam komunikasi radio di sirkuit untuk menyetel penerima radio (untuk mengisolasi sinyal frekuensi yang diperlukan), amplifier, dan generator osilasi frekuensi tinggi. Pengoperasian banyak alat ukur didasarkan pada fenomena resonansi. Misalnya, pengukur gelombang resonansi digunakan untuk mengukur frekuensi dan merupakan bagian inti dari generator sinyal standar.

Harus diingat bahwa fenomena resonansi listrik harus diperhitungkan ketika menghitung isolasi rangkaian listrik.

Efek resonansi yang berbahaya terjadi ketika arus atau tegangan yang terlalu tinggi terjadi di sirkuit yang tidak dirancang untuk beroperasi dalam kondisi resonansi.

Peningkatan arus yang tajam dapat menyebabkan terganggunya isolasi lilitan induktor, dan tegangan tinggi dapat menyebabkan rusaknya kapasitor.

IV. Konsolidasi materi yang dipelajari.

Pertanyaan untuk konsolidasi

1. Apa yang dipelajari di kelas hari ini?
2. Bagaimana Anda merumuskan topik pelajaran hari ini?
3. Konsep baru apa yang diperkenalkan dalam pelajaran ini?
4. Apa bagian sebenarnya dari rangkaian tersebut?
5. Rumus dan hukum baru apa yang telah Anda pelajari?
6. Dengan apa yang baru fenomena fisik Pernahkah kamu bertemu?
7. Definisi resonansi listrik.

Untuk perhatian Anda kami sajikan ciri-ciri utama arus listrik bolak-balik dalam rangkaian listrik seri. Mari kita lihat layarnya.

V. Menyimpulkan pelajaran.

Kami sedang menyelesaikan pelajaran kami. Mari kita telusuri logika kajian kita terhadap materi pendidikan.

Di mana kita memulai?

1. Materi yang telah dipelajari sebelumnya diulang kembali.
2. Menyoroti yang utama prinsip teoritis topik baru.
3. Ketentuan ini dikonfirmasi oleh percobaan demonstrasi.
4. Ditemukan aplikasi praktis fenomena resonansi listrik.
5. Mensistematisasikan dan mengkonsolidasikan pengetahuan yang diperoleh.

Cerminan
(Kartu berisi pertanyaan ada di meja masing-masing siswa.)

1. Hal menarik apa yang Anda ingat selama pelajaran?
2. Apa yang menurut Anda berguna?
3. Apa tantangan terbesarnya?
4. Bagaimana Anda mengevaluasi pengetahuan yang diperoleh saat ini (dalam, sadar; harus diwujudkan; tidak sadar)?

Beberapa siswa membacakan jawabannya. Guru merangkum pelajaran dan nilai diumumkan kepada siswa.

VI. Pekerjaan rumah.

• §35. Buku teks “Fisika-11”. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B.
• No.981, 982, 983. Fisika. Buku soal untuk kelas 10-11. Rymkevich A.P.

Kata-kata terakhir dari guru:

Kita akan mengakhiri pelajaran kita dengan perkataan filsuf Tiongkok kuno, pengikut Konfusius, Xun Tzu:

“Tanpa pendakian gunung yang tinggi, kamu tidak tahu ketinggian langit. Tanpa melihat ke jurang yang dalam di pegunungan, Anda tidak akan mengetahui ketebalan bumi. Tanpa mendengarkan perintah nenek moyang Anda, Anda tidak akan menyadari kehebatan belajar.”

“Anda tidak bisa berhenti belajar.”

Memang benar, masih banyak hal yang belum diketahui dan belum terpecahkan di sekitar kita. Untuk apa bidang kegiatannya tangan terampil, pikiran ingin tahu, sifat berani dan ingin tahu! Dan “lautan kebenaran yang luas” masih terhampar di hadapan kita, sama sekali belum terpecahkan, misterius, ajaib, dan memikat.

Saya berterima kasih kepada semua orang atas pelajarannya. Selamat tinggal.

Literatur

1. Myakishev G.Ya. Fisika: buku teks. untuk kelas 11
2. pendidikan umum institusi / G.Ya. Myakishev, B.B.
3. Bukhovtsev. – M.: Pendidikan, 2005, hal. 102-105. Glazunov A.T., Kabardin O.F., Malinin A.N. dll.; Ed. Pinsky A.A., Kabardina O.F. Fisika: Buku Teks. untuk kelas 11 dengan kedalaman mempelajari fisika. – M.: Pendidikan, 2005, hal. 32-34, 39-41. Disk “
4. Fisika Terbuka

”, versi 2.5, bagian 2. Diedit oleh profesor MIPT S.M. Fisikon LLC, 2002.
Komp. Kondrashov A.P., Komarova I.I. Pemikiran hebat dari orang-orang hebat. – M.: RIPOL klasik, 2007, hal. 48.
Fenomena yang digambarkan dijelaskan sebagai berikut. Melalui kopling induktif, ggl bolak-balik yang mempunyai frekuensi generator diinduksi dalam kumparan L. Akibatnya, apa yang disebut osilasi listrik paksa yang tidak teredam (arus rangkaian) muncul di rangkaian pada frekuensi generator. Pada prinsipnya osilasi ini mempunyai amplitudo yang kecil, yaitu. Tegangan bolak-balik pada kapasitor jauh lebih kecil daripada tegangan generator. Tetapi ketika frekuensi generator sama dengan frekuensi alami rangkaian osilasi, fenomena resonansi terjadi. Hal ini ditandai dengan fakta bahwa arus loop cukup besar dan tegangan melintasi kapasitor dapat menjadi beberapa kali lebih besar (120 - 150 kali) daripada tegangan generator. Akibatnya, rangkaian osilasi memiliki apa yang disebut selektivitas frekuensi dan, selama resonansi, tegangan osilasi yang diterapkan padanya berkali-kali lipat. Semakin tinggi faktor kualitas rangkaian, semakin jelas sifat-sifat ini (Gbr. 5). Perlu dicatat bahwa faktor kualitas rangkaian terutama bergantung pada faktor kualitas induktor, lebih tepatnya pada resistansi kerugiannya. Oleh karena itu, terkadang rangkaian osilasi nyata digambarkan bersama dengan resistansi rugi-rugi induktor (Gbr. 6). Terlihat bahwa rangkaian osilasi ideal hanya memiliki kapasitansi dan induktansi. Rangkaian osilasi nyata memiliki kapasitansi, induktansi, dan resistansi rugi-rugi. Semakin rendah Rpot, semakin tinggi faktor kualitas rangkaian tersebut. Rangkaian osilasi yang baik memiliki faktor kualitas dari 50 hingga 150. DI DALAM diagram kelistrikan rangkaian osilasi dihubungkan (langsung, induktif, kapasitif) ke suatu sumber getaran listrik. Sumber ini dapat berupa antena, panggung penguat, dll

Rangkaian osilasi seri

Pada rangkaian seperti itu, generator dihubungkan secara seri dengan kumparan dan kapasitor. Misalnya, dengan kopling induktif, rangkaian osilasi adalah seri, karena EMF diinduksi dalam kumparan (Gbr. 7), yang setara dengan menghubungkan generator secara seri dengan kumparan L dan kapasitor C. Kesetaraan transformasi ditunjukkan pada Gambar 7.
Selama resonansi, rangkaian seri mempunyai ciri-ciri sebagai berikut:
1. Resistansi rangkaian minimal dan sama dengan Rpot.
2. Tegangan pada kapasitor (atau kumparan) Q kali lebih besar dari tegangan generator. Di sini Q adalah faktor kualitas rangkaian.