ВЫПИСКА ИЗ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

Задачи

№ 1 Колебательный контур состоит из катушки с индуктивностью 0, 2 мГн и переменного конденсатора, емкость которого может меняться от 50 до 450 пФ. На какие длины волн рассчитан контур?

№ 2 Проволочная катушка диаметром 10 см, имеющая 200 витков, находится в магнитном поле, индукция которого увеличивается от 2 до 6 Тл в течении 0, 1 с. Определить значение ЭДС индукции в катушке, если плоскость витков перпендикулярна к силовым линиям.

№ 3 Мгновенное значение ЭДС синусоидального тока для фазы 30^о равно 120 В. Каково максимальное и действующее значения ЭДС?

№ 4 В сеть переменного тока напряжением 220 В включены последовательно конденсатор емкость 40 мкФ и катушка с индуктивностью 0, 5 Гн и активным сопротивлением 5 Ом. Определить действующее значение силы тока. Частота тока 50 Гц

№ 5 Определить сопротивление вторичной обмотки трансформатора с коэффициентом трансформации k=10, если при включении первичной обмотки в сеть напряжением 120 В во вторичной обмотке идет ток 5 А, а ее напряжение 6 В. Потерями энергии в первичной обмотке пренебречь.

Тема № 13 Электромагнитные волны

ВЫПИСКА ИЗ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

Электромагнитные волны и скорость их распространения. Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитной волны. Изобретение радио А. С. Поповым. Принципы радиотелефонной связи. Простейший радиоприемник. Радиолокация. Понятие о телевидении. Развитие средств связи.

Прямолинейное распространение света. Скорость света. Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления света. Полное отражение. Интерференция света и ее применение в технике.

Дифракция света. Дифракционная решетка. Дисперсия света. Поляризация света. Электромагнитное излучение разных диапазонов длин волн – радиоволны, инфракрасное излучение, видимое излучение, ультрафиолетовое и рентгеновское излучения. Свойства и применение этих излучений.

Электромагнитными волнами называются возмущения электромагнитного поля (т.е. переменное электромагнитное поле), распространяющееся в пространстве. На протяжении периода колебаний электрическое и магнитное поля проходят цикл изменений. Возрастание одного поля сопровождается одновременным убыванием другого; электрическое и магнитное поля ведут себя прямо противоположно. При убывании поля силовые линии не возвращаются обратно к вибратору, а замыкают сами на себя. Скорость распространения электромагнитных волн (фазовая скорость) совпадает со скоростью света и зависит от свойств среды.

, где V - фазовая скорость (скорость света) в среде; - абсолютная электрическая проницаемость; - абсолютная магнитная проницаемость; e и m - относительные электрические и магнитные проницаемости; e₀ и m₀ - электрическая и магнитная постоянные; или для вакуума м/с.

Свойства электромагнитных волн:

- в свободном пространстве распространяются со скоростью света;

- электрические и магнитные поля изменяются синфазно - они одновременно обращаются в ноль и одновременно достигают максимальных значений.

- вектора напряженности электрического и магнитного полей перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны. Модули векторов E и H связаны соотношением: .

Задачи

№ 1 Радиолокатор может обнаруживать цель, находящуюся на расстоянии от 100 м до 100 км. Определить длительность посылаемых импульсов.

№ 2 Через сколько времени возвратится к радиолокатору отраженный от цели сигнал, если цель находится на расстоянии 50 км от локатора?

№ 3 Угол падения белого света на поверхность стекло - воздух равен a= 41⁰. Выйдет ли белый свет из стекла в воздух, если показатель преломления данного сорта стекла для красных и фиолетовых лучей равны соответственно n₁=1, 51 и n₂= 1, 53.

№ 4 На стеклянном баллоне электрической лампочки написано Ф₀=1300 лк. Определить освещенность середины и края круглого стола диаметром d =1, 5 м, создаваемую этой лампой, висящей на высоте h= 2 м над центром стола.

№ 5 Длина волны света, составляет l=653, 3 нм. Определить длину волны этого же света в стекле, если показатель преломления стекла для этих лучей n=1, 51.

Задачи

№ 1 Красная граница фотоэффекта для калия равна 6, 2^.10^-5 см. Найти работу выхода электронов из калия.

№ 2 Определить наибольшую скорость и наибольшую кинетическую энергию электронов, вылетевших из цезия, при освещении его светом с длиной волны 40 мкм, если работа выхода электронов из цезия 1, 9 эВ.

№ 3 Во сколько раз энергия кванта рентгеновских лучей с длиной волны 10^-10 м больше, чем энергия кванта, соответствующего желтому свету с длиной волны 590 нм? Найти массу фотона рентгеновского и желтого излучений.

№ 4 Частота электромагнитной волны, облучающей некоторый фотоэлемент, увеличилась на 1, 21^.10¹⁴ Гц. При этом потенциал, задерживающий выход фотоэлектронов, увеличился на 0, 5 В. Определить постоянную Планка.

№ 5 К электродам рентгеновской трубки приложена разность потенциалов 1, 5^.10³ В. Определить длину волны рентгеновского излучения.

ВЫПИСКА ИЗ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ

Свободные электромагнитные колебания в контуре. Превращение энергии в колебательном контуре. Собственная частота колебаний в контуре.

Автоколебания. Ламповый генератор как автоколебательная система.

Вынужденные электрические колебания. Переменный ток. Генератор переменного тока.

Действующие значения напряжения и силы тока. Активное, емкостное и индуктивное сопротивления.

Трансформатор. Передача электрической энергии и ее использование в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве.

Электромагнитные колебания. При механических колебаниях происходит периодическое изменение потенциальной и кинетической энергии. Аналогично при электромагнитных колебаниях периодически колеблются энергии электрического и магнитного полей. Математическое описание обоих процессов одинаково.

Свободные электромагнитные колебания в контуре. Электромагнитные колебания возникают в колебательных контрах (КК), состоящих из конденсатора и катушки индуктивности.

Превращения энергии в колебательном контуре. Если конденсатору сообщить заряд, то он будет разряжаться через катушку индуктивности. Ток разряда создает магнитное поле, которое в свою очередь обеспечит заряд конденсатора, имеющий противоположную полярность. Сила тока и напряжение будут изменятся во времени по периодическому закону.

Собственная частота колебаний в контуре , где L и C индуктивность и емкость контура.

Автоколебания. Колебания не затухают только при условии, что КК не содержит активных сопротивлений. У каждого КК неизбежно имеется активная составляющая сопротивления. Поэтому колебания в контуре затухают, если только к нему извне не подводится энергия, компенсирующая омические потери.

Ламповый генератор как автоколебательная система. Чтобы компенсировать затухание колебаний в контуре, включенном в анодную цепь лампы, напряжение с этого контура через катушку связи подается на сетку лампы для управления анодным током. В основу этого метода получения незатухающих колебаний положен принцип, носящий название обратной связи.

Вынужденные электрические колебания возникают в проволочной рамке (катушке индуктивности) при изменении магнитного потока пронизывающего рамку (катушку). Изменение магнитного потока можно получить при вращении проволочной рамки или катушки индуктивности в магнитном поле. Магнитный поток пропорционален площади сечения магнитного поля, пересекающего катушку (проволочную рамку). , где Ф - магнитный поток; N - число витков катушки; В - магнитная индукция; А - площадь витка; j =w^.t - угол поворота катушки, отсчитываемый от начального положения, перпендикулярного направлению магнитного поля, w - частота вращения катушки в магнитном поле, t - время. Поэтому мгновенное значение напряжение индукции, снимаемое с выводов катушки (рамки), вращающейся в магнитном поле, пропорционально скорости изменения магнитного потока.

Напряжение индукции меняется во времени по синусоидальному закону. В течении периода оно дважды меняет знак. Поэтому его называют переменным напряжением.

Амплитуда, или максимальное значение напряжения индукции, определяется формулой . Тогда для мгновенного значения имеем

, где называется угловой (циклической) частотой [ рад/с]; f - линейная частота [Гц].

Если к клеммам вращающейся катушки присоединить внешнюю электрическую цепь, то в ней возникает электрический ток, сила которого изменяется по синусоидальному закону во времени и меняет свой знак (направление) дважды за период. Такой ток называется переменным током.

В любом генераторе переменного тока имеются магнит, создающий требуемое магнитное поле ( чаще всего электромагнит; в генераторах малой мощности используются постоянные магниты), вращающиеся обмотки и контактные кольца. Для получения достаточно высокого напряжения применяют обмотки с большим числом витков и железные сердечники. Вращающаяся часть генератора называется ротором, неподвижная часть - статором. В генераторах большой мощности обмотки, в которых индуцируется напряжение, располагаются на статоре, а магниты на роторе (машина с внутренними полюсами). При этом контактные кольца служат лишь для подвода небольшой мощности к электромагнитам.

Действующие значения силы тока и напряжения относятся к амплитуде (максимальному значению) как .

Сопротивление проводников, , где r - удельное сопротивление материала проводника; l - длина проводника; A - площадь сечения проводника, одинаково для постоянного и переменного тока. Его называют активным сопротивлением. Активное сопротивление преобразует электрическую энергию в тепло.

Кроме активных сопротивлений, в цепях переменного тока встречаются так называемые реактивные сопротивления: индуктивное и емкостное , где - круговая частота переменного тока; L - индуктивность цепи; С - емкость.

Трансформатор состоит из двух обмоток с разным числом витков, индуктивно связанных с друг другом благодаря наличию железного сердечника. Коэффициентом трансформации называется отношение числа витков вторичной и первичной обмоток трансформатора. Трансформатор используется для преобразования величины переменного напряжения. Периодические изменения тока в первичной обмотке вызывают соответствующие изменения магнитного потока, которые во вторичной обмотке индуцируют переменное напряжение. Напряжения на первичной и вторичной обмотках различаются из-за разного числа витков этих обмоток. , где k - коэффициент трансформации; N₁ - число витков первичной обмотки, N₂ - вторичной обмотки.

Задачи

12 Следующая ⇒