Elektriksel rezonans tanımı. Gerilim rezonansı

Rezonans doğada en yaygın olanlardan biridir ve mekanik, elektriksel ve hatta termal sistemlerde bile gözlemlenebilir. Rezonans olmasaydı radyomuz, televizyonumuz, müziğimiz ve hatta oyun alanlarındaki salıncaklar bile olmazdı; en etkili olanlardan bahsetmeye bile gerek yok. teşhis sistemleri, kullanılan modern tıp. En ilginçlerinden biri ve yararlı türler rezonans elektrik devresi voltaj rezonansıdır.

Rezonans devresinin elemanları

Rezonans olgusu, aşağıdaki bileşenleri içeren RLC devresinde meydana gelebilir:

• R - dirençler. Elektrik devresinin aktif elemanları olarak adlandırılan bu cihazlar, elektrik enerjisini termal enerjiye dönüştürür. Yani devreden enerjiyi alıp ısıya dönüştürürler.
• L - endüktans. Elektrik devrelerindeki endüktans, mekanik sistemlerdeki kütle veya atalete benzer. Bu bileşen, siz üzerinde herhangi bir değişiklik yapmaya çalışana kadar elektrik devresinde pek fark edilmez. Örneğin mekanikte böyle bir değişiklik hızdaki bir değişikliktir. Elektrik devresinde - akımda bir değişiklik. Herhangi bir nedenden dolayı meydana gelirse, endüktans devre modundaki bu değişikliğe karşı koyar.
• C, yayların Endüktansın manyetik enerjiyi yoğunlaştırması ve depolaması gibi elektrik enerjisini depolayan cihazlar olan kapasitörlerin tanımıdır; kapasitör ise yükü yoğunlaştırır ve böylece elektrik enerjisini depolar.

Rezonans devresi kavramı

Bir rezonans devresinin temel elemanları endüktans (L) ve kapasitanstır (C). Bir direnç salınımları azaltma eğilimindedir, bu nedenle devredeki enerjiyi ortadan kaldırır. Salınım devresinde meydana gelen süreçleri ele alırken bunu geçici olarak görmezden geliyoruz ancak mekanik sistemlerdeki sürtünme kuvveti gibi bunu da unutmamalıyız. elektrik direnci devrelerde ortadan kaldırılamaz.

Gerilim rezonansı ve akım rezonansı

Bağlantı yöntemine bağlı olarak anahtar unsurlar rezonans devresi seri veya paralel olabilir. Bir seri salınım devresi, kendi frekansına denk gelen sinyal frekansına sahip bir voltaj kaynağına bağlandığında, belirli koşullar altında içinde bir voltaj rezonansı meydana gelir. Paralel bağlı reaktif elemanlara sahip bir elektrik devresindeki rezonansa akım rezonansı denir.

Rezonans devresinin doğal frekansı

Sistemin kendi frekansında salınmasını sağlayabiliriz. Bunu yapmak için öncelikle sol üst resimde gösterildiği gibi kapasitörü şarj etmeniz gerekir. Bu yapıldığında anahtar sağdaki aynı şekilde gösterilen konuma hareket ettirilir.

"0" anında hepsi elektrik enerjisi kapasitörde depolanır ve devredeki akım sıfıra eşit(aşağıdaki resim). Kondansatörün üst plakasının pozitif, alt plakasının ise negatif yüklü olduğunu unutmayın. Bir devredeki elektronların salınımlarını göremeyiz, ancak akımı bir ampermetreyle ölçebilir ve akımın zamana karşı modelini izlemek için bir osiloskop kullanabiliriz. Grafiğimizdeki T'nin, elektrik mühendisliğinde "salınım periyodu" olarak adlandırılan bir salınımı tamamlamak için gereken süre olduğunu unutmayın.

Akım saat yönünde akar (aşağıdaki resim). Enerji kapasitörden aktarılır İlk bakışta bir endüktansın enerji içermesi garip görünebilir, ancak benzerdir kinetik enerji Hareketli kütlenin içinde bulunur.

Enerji kapasitöre geri akar, ancak kapasitörün polaritesinin artık tersine döndüğüne dikkat edin. Başka bir deyişle, alt plaka artık pozitif yük ve üst plaka negatif yük(aşağıdaki resim).

Artık sistem tamamen tersine dönmüştür ve enerji kapasitörden endüktansa geri akmaya başlar (aşağıdaki şekil). Sonunda enerji tamamen başlangıç ​​noktasına döner ve döngüyü yeniden başlatmaya hazır hale gelir.

Salınım frekansı aşağıdaki şekilde tahmin edilebilir:

• F = 1/2π(LC) 0,5,

burada: F - frekans, L - endüktans, C - kapasitans.

Bu örnekte tartışılan süreç şunları yansıtmaktadır: fiziksel öz voltaj rezonansı.

Stres Rezonans Çalışması

Gerçek LC devrelerinde her zaman küçük bir direnç vardır ve bu, her döngüde akım genliğindeki artışı azaltır. Birkaç döngüden sonra akım sıfıra düşer. Bu etkiye "sinüs dalgası sönümlemesi" denir. Akımın sıfıra düşme hızı devredeki direnç değerine bağlıdır. Ancak direnç rezonans devresinin salınım frekansını değiştirmez. Direnç yeterince yüksekse devrede sinüzoidal salınımlar hiç oluşmayacaktır.

Açıkçası, salınımların doğal frekansının olduğu yerde, rezonans sürecinin uyarılma olasılığı da vardır. Bunu soldaki şekilde gösterildiği gibi seri devreye bir güç kaynağı (AC) dahil ederek yapıyoruz. "Değişken" terimi, kaynağın çıkış voltajının belirli bir frekansta dalgalandığı anlamına gelir. Güç kaynağının frekansı devrenin doğal frekansıyla çakışırsa voltaj rezonansı oluşur.

Oluşma koşulları

Şimdi voltaj rezonansının oluşma koşullarını ele alacağız. Son resimde görüldüğü gibi direnci devreye geri döndürdük. Devrede direnç bulunmadığında rezonans devresindeki akım belirli bir değere yükselecektir. maksimum değer devre elemanlarının parametreleri ve güç kaynağının gücü ile belirlenir. Rezonans devresindeki direncin direncinin arttırılması, devredeki akımın zayıflama eğilimini artırır ancak frekansı etkilemez rezonans titreşimleri. Kural olarak, rezonans devresinin direnci R = 2(L/C) 0,5 koşulunu karşıladığında voltaj rezonans modu oluşmaz.

Radyo sinyalini iletmek için voltaj rezonansının kullanılması

Stres rezonansı olgusu yalnızca çok ilginç bir fiziksel olgu değildir. Kablosuz iletişim teknolojisinde (radyo, televizyon, cep telefonu) olağanüstü bir rol oynar. Bilginin kablosuz iletimi için kullanılan vericiler mutlaka her cihaz için taşıyıcı frekansı adı verilen belirli bir frekansta rezonansa girecek şekilde tasarlanmış devreler içerir. Vericiye bağlanan verici anten yardımıyla taşıyıcı frekansta yayın yapar.

Gönderme-alma yolunun diğer ucundaki bir anten bu sinyali alır ve onu taşıyıcı frekansta rezonansa girecek şekilde tasarlanmış bir alıcı devreye besler. Açıkçası, anten arka plan gürültüsünün yanı sıra farklı frekanslarda birçok sinyal alıyor. Rezonans devresinin taşıyıcı frekansına ayarlanmış bir alıcı cihazın girişinde bulunması nedeniyle, alıcı tek doğru frekansı seçerek gereksiz tüm frekansları ortadan kaldırır.

Genlik modülasyonlu (AM) bir radyo sinyali tespit edildikten sonra, bundan çıkarılan düşük frekanslı sinyal (LF) güçlendirilir ve ses üreten bir cihaza beslenir. Bu en basit biçim Radyo yayınları gürültü ve parazite karşı çok hassastır.

Alınan bilgilerin kalitesini artırmak için diğer, daha gelişmiş mükemmel yollar aynı zamanda ayarlanmış rezonans sistemlerinin kullanımına dayanan radyo sinyali iletimi.

Veya FM radyo, genlik modülasyonlu radyo iletiminin birçok problemini çözer, ancak iletim sisteminin karmaşıklığını önemli ölçüde arttırma pahasına. FM radyoda elektronik yoldaki sistem sesleri dönüştürülür. küçük değişiklikler Taşıyıcı frekansı. Bu dönüşümü gerçekleştiren ekipmana "modülatör" denir ve vericiyle birlikte kullanılır.

Buna göre, sinyali tekrar hoparlör aracılığıyla üretilebilecek forma dönüştürmek için alıcıya bir demodülatörün eklenmesi gerekir.

Gerilim Rezonansının Diğer Kullanımları

Temel prensip olarak voltaj rezonansı, elektrik mühendisliğinde zararlı ve gereksiz sinyalleri ortadan kaldırmak, dalgalanmaları yumuşatmak ve sinüzoidal sinyaller üretmek için yaygın olarak kullanılan çok sayıda filtrenin devre tasarımına da dahil edilmiştir.

En basit ve en geniş teknik uygulamalar elektrikte rezonans buldu. Elektrik devrelerinin monte edildiği epeyce cihaz var. Genellikle pasif devre elemanları olarak adlandırılırlar ve üç tipte gelirler, ancak bir tipin her elemanı her zaman diğer tiplerden küçük bir elemanı karıştırır. Bu elemanları ayrıntılı olarak açıklamadan önce, mekanik osilatörün bir yayın ucundan asılı bir kütle olarak düşünüldüğü fikrinin sadece bir yaklaşım olduğunu belirtelim. Sistemin tüm kütlesi "kütle"de yoğunlaşmamıştır: yayın da bir miktar kütlesi vardır, yay da eylemsizdir. Aynı şekilde, bir "yay" da tek bir yaydan oluşmaz; kütle de göründüğü gibi biraz esnektir ve tamamen katı değildir. Yukarı ve aşağı sıçrayarak yayın baskısı altında hafifçe bükülür. Aynı durum elektrik için de geçerlidir. Tüm nesneleri saf, ideal özelliklere sahip "zincir elemanları" halinde düzenlemek ancak yaklaşık olarak mümkündür. Bu tür yaklaşımların sınırlarını tartışmak için zamanımız olmadığından, bunların kabul edilebilir olduğunu varsayacağız.

Yani zincirin üç unsuru hakkında. Birincisine kapasite denir (Şekil 23.4); Bir konteynere örnek olarak ayrılmış iki metal plaka verilebilir ince tabaka dielektrik. Plakalar yüklüyse aralarında potansiyel bir fark oluşur. A ve B noktaları arasında aynı potansiyel fark olacaktır, çünkü bağlantı kabloları boyunca herhangi bir ek potansiyel farkı olması durumunda yükler kablolardan aşağı doğru akacaktır. Böylece, plakalar arasındaki belirli bir V potansiyel farkı, her bir plakadaki belirli +q ve -q yüklerine karşılık gelir. Plakalar arasında belli bir elektrik alanı vardır; dışarı bile çıkardık karşılık gelen formül onun için (bkz. bölüm 13 ve 14)

burada d plakalar arasındaki mesafedir, A ise plakaların alanıdır. Potansiyel farkın yüke doğrusal olarak bağlı olduğunu unutmayın. Kapasitans paralel plakalardan oluşturulmamışsa ve bireysel elektrotlara başka bir şekil verilmişse, potansiyel fark yine de yük ile orantılı olacaktır, ancak orantı sabitinin hesaplanması o kadar kolay olmayacaktır. Ancak tek bir şeyi bilmeniz gerekir: Kabın uçları arasındaki potansiyel fark V=q/C yüküyle orantılıdır; orantı faktörü 1/C'dir (C, nesnenin kapasitansıdır).

Devrenin ikinci elemanına direnç denir; bu eleman içinden geçen elektrik akımına direnç gösterir. Tüm metal tellerin ve diğer birçok malzemenin akıma aynı şekilde direnç gösterdiği ortaya çıktı; Böyle bir malzemenin bir parçasının uçlarına bir potansiyel fark uygulanırsa, o zaman I=dq/dt parçasındaki elektrik akımı, uygulanan potansiyel farkla orantılı olacaktır.

Orantılılık katsayısına direnç R denir. Muhtemelen akım ile potansiyel fark arasındaki ilişkiyi zaten biliyorsunuzdur. Bu Ohm kanunudur.

Bir kapasitans içinde yoğunlaşan bir yükü, yer değiştirmeye benzer bir şey olarak düşünürseniz mekanik sistem x ise elektrik akımı dq/dt hıza benzer, R direnci c direnç katsayısına benzer ve 1/C yayın k elastik sabitine benzer. Tüm bunların en ilginç yanı ise kütleye benzer bir devre elemanının var olmasıdır! Bu, içinden bir akım geçtiğinde kendi içinde manyetik alan oluşturan bir spiraldir. Değiştirmek manyetik alan spiralin uçlarında dI/dt ile orantılı bir potansiyel fark oluşturur. (Spiralin bu özelliği transformatörlerde kullanılır.) Manyetik alan akımla orantılıdır ve indüklenen potansiyel fark (adlandırıldığı gibi) akımın değişim hızıyla orantılıdır.

L katsayısı kendi kendine indüksiyon katsayısıdır; kütlenin elektriksel analogudur.

Diyelim ki seri bağlı üç elemandan oluşan bir devre kurduk (Şekil 23.5); 1 ve 2 noktaları arasına uygulanan potansiyel fark, yüklerin devre boyunca hareket etmesine neden olacaktır, bu durumda devrenin her bir elemanının uçlarında da bir potansiyel fark ortaya çıkar: endüktansın uçlarında V L = L(d 2 q/dt) 2), VR = R(dq/dt) direncinde ve V c = q/C kapasitansında. Bu gerilimlerin toplamı bize toplam gerilimi V verir:

Bu denklemin tam olarak aynı olduğunu görüyoruz. mekanik denklem(23.6); Bunu da aynı şekilde çözeceğiz. V(t)'nin salındığını varsayalım; Bunu yapmak için devreyi sinüzoidal bir salınım jeneratörüne bağlamanız gerekir. Daha sonra V(t)'yi bir karmaşık sayı V olarak temsil edebiliriz; gerçek gerilimi V(t) belirlemek için bu sayının da exp(iωt) ile çarpılması ve gerçek kısmını alması gerektiğini hatırlarız. q yüküne de benzer şekilde yaklaşabiliriz ve bu nedenle (23.8)'i tam olarak tekrarlayan bir denklem yazacağız: q'nun ikinci türevi (iω) 2 q ve birincisi (iω)q'dur. Denklem (23.17) şu hale gelecektir:

burada ω 2 0 = 1/LC ve γ=R/L. Tüm rezonans özellikleriyle birlikte mekanik problemdeki paydanın aynısını elde ettik! Tabloda 23.1, elektriksel ve mekanik büyüklükler arasındaki benzerliklerin bir listesini sağlar.

Tamamen teknik bir not daha. Elektrikle ilgili kitaplarda farklı semboller kullanılır. (Farklı uzmanlıklara sahip kişiler tarafından aynı konu hakkında yazılan kitaplarda sıklıkla farklı gösterimler kullanılır.) Öncelikle, j harfi √-1'i belirtmek için kullanılır, i'yi değil (i akımı belirtmeliyim!). İkincisi, mühendisler V ile q arasındaki ilişkiden ziyade V ile I arasındaki ilişkiyi tercih ederler. Bu şekilde daha alışkınlar. I=dq/dt=iωq olduğundan, q yerine I/iω koyabiliriz ve sonra

Orijinali biraz değiştirebilirsiniz diferansiyel denklem(23.17) daha tanıdık görünmesi için. Kitaplarda sıklıkla şu orana rastlıyoruz:

Her durumda, gerilim V ile akım I arasındaki ilişkinin (23.19) (23.18) ile aynı olduğunu ve yalnızca ikincisinin ico ile bölünebilmesi açısından farklı olduğunu bulduk. R+iωL+1/iωC karmaşık sayısına elektrik mühendisleri tarafından sıklıkla denir. özel isim: karmaşık empedans Z. Giriş yeni mektup Akım ve direnç arasındaki ilişkiyi V=ZI biçiminde yazmanıza olanak tanır. Mühendislerin bu tercihi, gençliklerinde sadece devreler üzerinde çalışmış olmaları ile açıklanmaktadır. DC ve yalnızca direnci ve Ohm yasasını biliyordu: V=RI. Artık daha eğitimliler ve zaten zincirleri var klima ama denklemlerin aynı olmasını istiyorlar. Yani V=ZI yazıyorlar ve tek fark şu ki direncin yerini artık daha karmaşık bir şey alıyor: karmaşık sayı. Uluslararası kabul görmüş ismi kullanamayacakları konusunda ısrar ediyorlar. hayali birim ve j'yi yazın; Z harfi yerine R harfini yazmalarına gerek duymamaları gerçekten şaşırtıcı (Akım yoğunluğuyla ilgili konuşmalar onları çok heyecanlandırıyor; j harfiyle de gösteriyorlar. Bilimin karmaşıklıkları büyük ölçüde doğanın kendisinin hakkında hiçbir fikrinin olmadığı notasyonlar, birimler ve insanın diğer icatlarındaki zorluklar.)

Rezonans kelimesini sıklıkla duyarız: “kamu rezonansı”, “rezonansa neden olan olay”, “rezonans frekansı”. Oldukça tanıdık ve sıradan ifadeler. Peki rezonansın tam olarak ne olduğunu söyleyebilir misiniz?

Cevap aklınıza geldiyse, sizinle gerçekten gurur duyuyoruz! Peki, "fizikte rezonans" konusu soruları gündeme getiriyorsa, o zaman rezonans gibi bir olgudan detaylı, net ve kısaca bahsedeceğimiz makalemizi okumanızı tavsiye ederiz.

Rezonans hakkında konuşmadan önce salınımların ne olduğunu ve frekanslarını anlamalısınız.

Salınımlar ve Frekans

Salınımlar, bir sistemin durumlarını değiştirme, zaman içinde tekrarlanan ve bir denge noktası etrafında meydana gelen bir süreçtir.

Salınımın en basit örneği salıncağa binmektir. Bunu bir sebepten dolayı sunuyoruz; bu örnek gelecekte rezonans olgusunun özünü anlamamızda bize faydalı olacaktır.

Rezonans yalnızca titreşimin olduğu yerde meydana gelebilir. Ve bunların ne tür dalgalanmalar olduğu önemli değil - dalgalanmalar elektrik voltajı, ses titreşimleri veya sadece mekanik titreşimler.

Aşağıdaki şekilde dalgalanmaların ne olabileceğini açıklıyoruz.

Bu arada! Okuyucularımız için şimdi %10 indirim var.

Salınımlar genlik ve frekans ile karakterize edilir. Yukarıda bahsedilen salınımlar için salınımların genliği şu şekildedir: maksimum yükseklik, salıncağın kalktığı yer. Ayrıca salıncağı yavaş ya da hızlı sallayabiliriz. Buna bağlı olarak salınım frekansı değişecektir.

Salınım frekansı (Hertz cinsinden ölçülür), birim zaman başına salınım sayısıdır. 1 Hertz saniyede bir salınımdır.

Bir salıncağı salladığımızda, sistemi belli bir kuvvetle periyodik olarak sallıyoruz (içinde bu durumda Salınım salınımlı bir sistemdir), zorunlu salınımlar gerçekleştirir. Bu sistem belirli bir şekilde etkilenirse salınımların genliğinde bir artış elde edilebilir.

Salınımı belirli bir anda ve belirli bir periyodiklikle iterek, çok az çaba harcayarak onu oldukça güçlü bir şekilde sallayabilirsiniz. Bu bir rezonans olacaktır: Etkilerimizin frekansı, salınımın salınımlarının frekansı ve salınımın genliği ile örtüşür. salınımlar artar.

Rezonans olgusunun özü

Fizikte rezonans frekans seçici bir tepkidir salınım sistemi frekans çakıştığında sabit salınımların genliğinde keskin bir artışla kendini gösteren periyodik dış etkiye dış etki belirli bir sistemin belirli değerleri ile.

Fizikte rezonans olgusunun özü, sistem üzerindeki etki frekansı sistemin doğal frekansı ile çakıştığında titreşim genliğinin keskin bir şekilde artmasıdır.

Askerlerin yürüdüğü köprünün yürüyen adımlarla rezonansa girdiği, sallandığı ve çöktüğü bilinen durumlar vardır. Bu arada, bu nedenle artık askerlerin köprüyü geçerken adım adım değil, serbest adımlarla yürümeleri gerekiyor.

Rezonans örnekleri

Rezonans olgusu çeşitli şekillerde gözlenir fiziksel süreçler. Örneğin, ses rezonansı. Hadi bir gitar alalım. Gitar tellerinin sesi sessiz olacak ve neredeyse duyulamayacaktır. Bununla birlikte, tellerin gövdenin üzerine - rezonatöre - yerleştirilmesinin bir nedeni vardır. Vücudun içine girdikten sonra telin titreşiminden kaynaklanan ses yoğunlaşır ve gitarı tutan kişi tellere yapılan darbelerden dolayı gitarın nasıl hafifçe "sallanmaya" ve titreşmeye başladığını hissedebilir. Başka bir deyişle rezonans yapın.

Karşılaştığımız rezonans gözleminin bir başka örneği de su üzerindeki dairelerdir. Suya iki taş atarsanız, onlardan geçen dalgalar buluşup çoğalacaktır.

Mikrodalga fırının etkisi de rezonansa dayanmaktadır. Bu durumda mikrodalga radyasyonunu (2.450 GHz) emen su moleküllerinde rezonans meydana gelir. Sonuç olarak moleküller rezonansa girer, daha güçlü titreşir ve yiyeceğin sıcaklığı yükselir.

Rezonans hem yararlı hem de zararlı olabilir. Makaleyi okumak ve zor eğitim durumlarında öğrenci hizmetimizin yardımı size yalnızca fayda sağlayacaktır. Ders sırasında fiziği anlamanız gerekiyorsa manyetik rezonans Hızlı ve kaliteli yardım için firmamıza güvenle ulaşabilirsiniz.

Son olarak, "rezonans" konulu bir video izlemenizi ve bilimin heyecan verici ve ilginç olabileceğinden emin olmanızı öneririz. Hizmetimiz her türlü işte yardımcı olacaktır: salınımların fiziği üzerine bir kurstan, edebiyat üzerine bir makaleye.

Ders türü: yeni materyal öğrenme ve ilk konsolidasyon dersi.

Gösteriler: elektriksel rezonans olgusu.

Eğitimsel ve metodolojik destek: No.lu eğitim materyalinin video sunumları.

Teknik araçlar eğitim:

• fonksiyon üreteci FG-100;
• osiloskop S1-83;
• salınım devresinin düzeni;
• bilgisayar;
• multimedya projektörü;
• ekran.

DERSİN İLERLEMESİ

I. Giriş: Motivasyon yaratmak.

“Gözlerinizi kapatın, kulaklarınızı serbest bırakın, işitme duyunuzu zorlayın ve en hafif nefesten en vahşi gürültüye, en basit sesten en yüksek armoniye, en güçlü tutkulu çığlıktan en uysal sözler akıl - tüm bunlar, onun varlığını, gücünü, yaşamını ortaya koyan doğanın konuşmasıdır...

Harika bir gösteri sunuyor; Kendisi görüyor mu bilmiyoruz ama bize veriyor ve biz fark edilmeden köşeye bakıyoruz... Herkese özel bir şekilde görünüyor. Binlerce isim ve unvan altında gizleniyor ve hala aynı. Beni hayata o getirdi ve o götürecek. Ona güveniyorum. Bırakın benimle istediğini yapsın..." Johann Wolfgang Goethe

Fizik, perdeyi kaldıran ve evrenin gizemlerini diğer bilimlerden daha fazla çözen doğa bilimidir. Biz doğanın çocuklarıyız ve onunla konuşabilmeli, onu anlayabilmeli ve onunla ilgilenebilmeliyiz.

Ayrıca doğanın bize verdiği her şeyi kullanmak, ona hayran olmak değil, onu anlamaya çalışmalı ve arkamızda neyin saklı olduğunu görmeliyiz. harici görseller fenomen. Ve bu ancak harika bir bilim olan fiziğin yardımıyla mümkündür.

Yalnızca fizik, "doğal fenomenlerde, düşünen kişinin gözüyle erişilemeyen, ancak analistin gözüne açık olan formlar ve ritimler bulunduğunu" fark etmemize izin verir. Bu formlara ve ritimlere fiziksel yasalar diyoruz” (R. Feynman).

II. Daha önce çalışılan materyalin tekrarı.

Geçmiş derslerde, olası dirençlerden birine sahip bir devrenin bir bölümünde meydana gelen süreçleri ayrıntılı olarak inceledik.

Bugün sınıfta alternatif elektrik akımının temel özelliklerini devrenin gerçek bir bölümünde çalışmalı ve ortaya çıkarmalıyız. fiziksel varlık elektriksel rezonans sırasında meydana gelen süreçler.

O halde hatırlayalım.

Ön anket

1. Elektromanyetik salınımlara ne denir?
2. Hangi elektromanyetik titreşimler zorla mı denildi?
3. Alternatif elektrik akımının tanımını veriniz.
4. Aktif dirençli bir AC devresi nedir?
5. Aktif dirençli bir devrenin bir bölümünde alternatif elektrik akımının temel özelliklerini adlandırın.
6. Alternatif akımın etkin değerini tanımlayın.
7. Kapasitanslı bir AC devresi nedir?
8. Böyle bir devrede gerilim ve akımın anlık değerleri hangi kanunlara göre değişir ve aralarındaki faz kayması nedir?
9. Kapasitif reaktans hangi miktarlara bağlıdır?
10. Akım ve voltajın genliği ve etkin değerleri için Ohm yasası nasıl yazılır?
11. Endüktif reaktanslı bir AC devresi nedir?
12. Kapasitanslı bir devrenin bir bölümünde alternatif elektrik akımının temel özelliklerini adlandırın.

Daha önce çalışılan materyali bir kez daha hatırlamaya ve video sunumunu izlemeye davetlisiniz.

III. Yeni materyal öğrenme.

Çalışma kitaplarında dersin tarihini, çalışma türünü, dersin konusunu ve tartışılan konuları yazıyoruz.

Kapsanan sorunlar:

• Alternatif akım elektrik devresi için Ohm kanunu.
• AC devresinde rezonans.
• Rezonansın teknolojide uygulanması ve değerlendirilmesi.

Aslında devrenin alternatif elektrik akımının geçtiği bölümü, değişen derecelerde de olsa aktif, kapasitif ve endüktif direnç özelliklerine sahiptir. Bazı durumlarda çözülen soruna bağlı olarak bir veya daha fazla direnç ihmal edilebilir.

Bir direnç, kapasitör ve indüktörün seri bağlantısı olan devrenin gerçek bölümünde meydana gelen süreçleri ele alalım.

<Рисунок 1>

Arasındaki ilişkiler fiziksel büyüklüklerçünkü böyle bir bölüm çok daha karmaşıktır, o yüzden ana sonuçlara dönelim.

Devrenin böyle bir bölümünden alternatif elektrik akımının geçişini açıklayalım.

Harici jeneratör tarafından herhangi bir zamanda sağlanan voltaj, devrenin farklı bölümlerindeki voltaj düşüşlerinin toplamına eşittir:

Devredeki voltajın harmonik kanuna göre değişmesine izin verin:

Her bölümdeki voltaj farklı olduğundan devrenin farklı bölümlerinde akım ve voltajdaki dalgalanmalar arasında bir faz kayması meydana gelir. Bu nedenle devredeki akımın gücü yasaya göre değişecektir:

Uygulanan voltajın genliği şu şekilde belirlenir: vektör diyagramı aktif direnç, indüktör ve kapasitör boyunca gerilim düşüşlerinin genliklerinin geometrik toplamı olarak.

Devrenin alternatif akıma karşı toplam elektrik direnci:

Büyüklük

isminde reaktans veya reaktans.

Ohm'un alternatif akım devresi yasası şu şekilde yazılacaktır:

Alternatif akım devresi için Ohm yasasının formülasyonu:

Alternatif akımın genliği, voltajın genliği ile doğru orantılıdır ve devrenin empedansı ile ters orantılıdır.

Ohm'un akım ve voltajın etkin değerleri yasası:

Akım ve gerilim dalgalanmaları arasındaki faz kayması bir vektör diyagramından belirlenebilir:

Devrenin gerçek bir bölümünde yeni fiziksel olaylar meydana gelir. Önemli olanlardan biri elektriksel rezonans.

fenomen elektriksel rezonansİlk kez 1868'de seçkin İngiliz fizikçi James Clerk Maxwell tarafından tanımlandı.

Formül (7)'den elektriksel rezonansın oluştuğu koşul izlenir: akım gücü maksimumdur. minimum değer devrenin toplam direnci, yani. Ne zaman:

Bu durumda:

• devrenin yalnızca aktif direnci vardır;
• (UL) res. = (U C) res.
(mutlak değer olarak), ancak faz olarak zıttır.

(10)'dan, tahrik voltajının frekansı elektrik devresinin doğal frekansına eşit olduğunda elektriksel rezonansın meydana geldiği anlaşılmaktadır:

Rezonansta akım gücünün kararlı durum salınımlarının genliği şu şekilde belirlenir:

Elektrik rezonansında devre aslında yalnızca aktif dirence sahiptir, yani. Rezonanstan önce ve sonra bu faz kayması olmasına rağmen akım ve gerilim arasında faz kayması yoktur.

Formül (12)'yi analiz edelim:

<Рисунок 3>

Böylece: alternatif akım elektrik devresindeki rezonans, genlikte keskin bir artış olgusudur zorunlu salınımlar Harici alternatif voltajın frekansı serbest frekansla çakıştığında salınım devresindeki akım gücü sürekli salınımlar devrede.

Elemanları seri bağlandığında alternatif akım elektrik devresinde voltaj rezonansı olgusunu pratikte nasıl elde edebileceğimizi görelim.

Gösteri deneyi.

Fonksiyonel jeneratörden, gerçek bir salınım devresinin girişine frekansı değiştirilebilen alternatif bir sinüzoidal voltaj sağlıyoruz. Elektrik sinyalini dönüştüren salınım devresinin çıkışına bir osiloskop bağlarız. görünür görüntü. Nasıl tepki verecek? salınım devresi zorlama sinyalinin frekansını değiştirmek için?

Giriş sinyalinin frekansını artışa doğru değiştiriyoruz. Gözlemliyoruz: osiloskop ekranında çıkış sinyalinin salınımlarının genliğinde bir artış.

Giriş sinyalinin frekansının daha da artmasıyla birlikte çıkış sinyalinin genliğinde bir azalma gözlenir. Çıkış sinyali salınımlarının genliğinin maksimum olduğu an, elektrik voltajı rezonansı olgusuna karşılık gelir.

Salınım devresinin kapasitörün kapasitansındaki ve bobinin endüktansındaki değişikliklere nasıl tepki verdiğini pratikte inceleyelim; rezonans frekansının nasıl değiştiği.

Kondansatörün kapasitansını artıralım.

Bobinin endüktansını arttıralım. Gözlemliyoruz: rezonans frekansı azaldı.

Uygulamada şunu doğrulayalım: (UL) res. = (U C) res.

Bunu yapmak için kapasitörden ve indüktörden alınan çıkış sinyalinin genliklerini karşılaştırmak yeterlidir.

Elektriksel rezonans olgusu, radyo alıcılarını (gerekli frekanstaki bir sinyali izole etmek için), amplifikatörleri ve yüksek frekanslı salınım jeneratörlerini ayarlamak için devrelerdeki radyo iletişiminde yaygın olarak kullanılır. Birçok ölçüm cihazının çalışması rezonans olgusuna dayanmaktadır. Örneğin, frekansı ölçmek için bir rezonans dalga ölçer kullanılır ve standart sinyal üreteçlerinin temel bir parçasıdır.

Elektrik devrelerinin yalıtımını hesaplarken elektriksel rezonans olgusunun dikkate alınması gerektiği unutulmamalıdır.

Rezonansın zararlı etkileri, rezonans koşulları altında çalışmak üzere tasarlanmamış bir devrede aşırı yüksek akım veya gerilim meydana geldiğinde ortaya çıkar.

Akımdaki keskin artışlar, indüktör dönüşlerinin yalıtımının bozulmasına neden olabilir ve yüksek voltajlar, kapasitörlerin bozulmasına neden olabilir.

IV. Çalışılan materyalin konsolidasyonu.

Konsolidasyona yönelik sorular

1. Bugün sınıfta neler öğrenildi?
2. Bugünkü dersin konusunu nasıl formüle edersiniz?
3. Derste hangi yeni kavramlar tanıtıldı?
4. Devrenin gerçek bölümü nedir?
5. Hangi yeni formülleri ve yasaları incelediniz?
6. Ne yeni ile fiziksel olay Tanıştınız mı?
7. Elektriksel rezonansı tanımlayın.

Bir seri elektrik devresinde alternatif elektrik akımının temel özelliklerini dikkatinize sunuyoruz. Ekrana bakalım.

V. Dersi özetlemek.

Dersimizi bitiriyoruz. Eğitim materyali çalışmamızın mantığını izleyelim.

Nereden başladık?

1. Daha önce çalışılan materyal tekrarlandı.
2. Ana vurgulandı teorik ilkeler yeni konu.
3. Bu hükümler bir gösteri deneyi ile doğrulandı.
4. Kurmak pratik uygulama elektriksel rezonans olayları.
5. Edinilen bilgiyi sistematize etti ve pekiştirdi.

Refleks
(Soru içeren kartlar her öğrencinin masasındadır.)

1. Ders sırasında hangi ilginç şeyleri hatırladınız?
2. Neyi yararlı buldunuz?
3. En büyük zorluk neydi?
4. Bugün edindiğiniz bilgileri nasıl değerlendiriyorsunuz (derin, bilinçli; farkına varılacak; bilinçsiz)?

Birkaç öğrenci cevaplarını okudu. Öğretmen dersi özetler ve notlar öğrencilere duyurulur.

VI. Ev ödevi.

• §35. Ders Kitabı “Fizik-11”. Myakishev G.Ya., Bukhovtsev B.B.
• No. 981, 982, 983. Fizik. 10-11.sınıflar için problem kitabı. Rymkevich A.P.

Öğretmenin son sözleri:

Dersimizi Konfüçyüs'ün takipçisi antik Çin filozofu Xun Tzu'nun sözleriyle bitireceğiz:

“Tırmanmadan yüksek dağ, gökyüzünün yüksekliğini bilmiyorsun. Dağlardaki derin bir vadiye bakmadan dünyanın kalınlığını bilemezsiniz. Atalarınızın emirlerini duymadan öğrenmenin büyüklüğünü anlayamazsınız.”

“Öğrenmeyi bırakamazsınız.”

Ve gerçekten de çevremizde hala bilinmeyen ve çözülemeyen pek çok şey var. Faaliyet alanı nedir yetenekli eller, meraklı zihin, cesur ve sorgulayıcı doğa! Ve "büyük hakikat okyanusu" hala önümüzde uzanıyor, tamamen çözülmemiş, gizemli, büyülü ve çekici.

Ders için herkese teşekkür ediyorum. Güle güle.

Edebiyat

1. Myakishev G.Ya. Fizik: ders kitabı. 11. sınıf için
2. genel eğitim kurumlar / G.Ya. Myakishev, B.B.
3. Bukhovtsev. – M.: Eğitim, 2005, s. 102-105. Glazunov A.T., Kabardin O.F., Malinin A.N. vesaire.; Ed. Pinsky A.A., Kabardey O.F. Fizik: Ders Kitabı. 11. sınıf için derinliği olan fizik okuyorum. – M.: Eğitim, 2005, s. 32-34, 39-41. Disk “
4. Açık Fizik

”, versiyon 2.5, bölüm 2. MIPT profesörü S.M. Kozel tarafından düzenlenmiştir. Physikon LLC, 2002.
Komp. Kondrashov A.P., Komarova I.I. Harika insanlardan harika düşünceler. – M.: RIPOL classic, 2007, s. 48.
Tanımlanan olay şu şekilde açıklanmaktadır. Endüktif bağlantı vasıtasıyla, L bobininde jeneratörün frekansına sahip alternatif bir emk indüklenir. Sonuç olarak devrede jeneratör frekansında zorunlu sönümsüz elektrik salınımları (devre akımı) ortaya çıkar. Prensip olarak bu salınımlar küçük bir genliğe sahiptir; Kapasitör üzerindeki alternatif voltaj, jeneratör voltajından çok daha azdır. Ancak jeneratörün frekansı salınım devresinin doğal frekansına eşit olduğunda rezonans olgusu meydana gelir. Döngü akımının önemli olması ve kapasitör üzerindeki voltajın jeneratör voltajından birçok kez daha büyük (120 - 150 kat) olabilmesi ile karakterize edilir. Sonuç olarak, salınım devresi sözde frekans seçiciliğine sahiptir ve rezonans sırasında kendisine uygulanan salınımların voltajını tekrar tekrar artırır. Devrenin kalite faktörü ne kadar yüksek olursa, bu özellikler o kadar belirgin olur (Şekil 5). Devrenin kalite faktörünün öncelikle indüktörün kalite faktörüne, daha kesin olarak kayıp direncine bağlı olduğuna dikkat edilmelidir. Bu nedenle bazen gerçek salınım devreleri indüktörün kayıp direnciyle birlikte gösterilir (Şekil 6). İdeal bir salınım devresinin yalnızca kapasitans ve endüktansa sahip olduğu görülebilir. Gerçek bir salınım devresinin kapasitansı, endüktansı ve kayıp direnci vardır. Rpot ne kadar düşük olursa devrenin kalite faktörü de o kadar yüksek olur. İyi salınım devreleri 50 ila 150 arasında bir kalite faktörüne sahiptir.İÇİNDE elektrik şemaları salınım devresi bir kaynağa (doğrudan, endüktif, kapasitif olarak) bağlanır elektriksel titreşimler. Bu kaynak bir anten, bir amplifikatör katı vb. olabilir.

Seri salınım devresi

Böyle bir devrede jeneratör bir bobin ve bir kapasitör ile seri olarak bağlanır. Örneğin, endüktif kuplajda salınım devresi seridir, çünkü bobinde bir EMF indüklenir (Şekil 7), bu, bir jeneratörün bir bobin L ve bir kapasitör C ile seri olarak bağlanmasına eşdeğerdir. Dönüşümlerin denkliği Şekil 7'de gösterilmektedir.
Rezonans sırasında seri devre aşağıdaki özelliklerle karakterize edilir:
1. Devre direnci minimumdur ve Rpot'a eşittir.
2. Kapasitör (veya bobin) üzerindeki voltaj, jeneratör voltajının Q katıdır. Burada Q devrenin kalite faktörüdür.