De vuelta atras

¡Atención! Las vistas previas de diapositivas tienen únicamente fines informativos y es posible que no representen todas las características de la presentación. Si está interesado en este trabajo, descargue la versión completa.

Objetivos de la lección:

• educativo: introducir los conceptos: “oscilaciones electromagnéticas”, “circuito oscilatorio”; mostrar la universalidad de las leyes básicas de los procesos oscilatorios para oscilaciones de cualquier naturaleza física; demostrar que las oscilaciones en un circuito ideal son armónicas; revelar el significado físico de las características de las vibraciones;
• desarrollando: desarrollo de intereses cognitivos, capacidades intelectuales y creativas en el proceso de adquisición de conocimientos y habilidades en física utilizando diversas fuentes de información, incluidas las tecnologías de la información modernas; desarrollar habilidades para evaluar la confiabilidad de la información de las ciencias naturales;
• educativo: fomentar la confianza en la posibilidad de conocer las leyes de la naturaleza; utilizar los logros de la física en beneficio del desarrollo de la civilización humana; la necesidad de cooperación en el proceso de realización conjunta de tareas, la disposición a una evaluación moral y ética del uso de los logros científicos y el sentido de responsabilidad por la protección del medio ambiente.

durante las clases

I. Momento organizativo.

En la lección de hoy comenzamos a estudiar un nuevo capítulo del libro de texto y el tema de la lección de hoy es “Oscilaciones electromagnéticas. Circuito oscilatorio”.

II. Revisando la tarea.

Comencemos nuestra lección revisando tu tarea.

Diapositiva 2. Prueba de repaso de la materia y del curso de 10º grado.

Se le pidió que respondiera preguntas sobre el diagrama que se muestra en la figura.

1. ¿En qué posición de la tecla SA2 parpadeará la lámpara de neón cuando se abra la tecla SA1?

2. ¿Por qué la lámpara de neón no parpadea cuando se cierra la llave SA1, sin importar en qué posición esté el interruptor SA2?

La prueba se realiza en una computadora. Mientras tanto, uno de los estudiantes está armando un diagrama.

Respuesta. La lámpara de neón parpadea en la segunda posición del interruptor SA2: después de abrir el interruptor SA1, debido al fenómeno de autoinducción, en la bobina fluye una corriente que disminuye a cero, se excita un campo magnético alterno alrededor de la bobina, generando un vórtice. campo eléctrico, que durante un corto tiempo mantiene el movimiento de los electrones en la bobina. Una corriente de corta duración fluirá a lo largo de la parte superior del circuito a través del segundo diodo (está conectado en la dirección de paso). Como resultado de la autoinducción en la bobina, cuando se abre el circuito, aparecerá una diferencia de potencial en sus extremos (fem de autoinducción), suficiente para mantener una descarga de gas en la lámpara.

Cuando la llave SA1 está cerrada (la llave SA2 está en la posición 1), el voltaje de la fuente CC no es suficiente para mantener la descarga de gas en la lámpara, por lo que no se enciende.

Comprobemos si sus suposiciones son correctas. El esquema propuesto está ensamblado. Veamos qué le sucede a una lámpara de neón cuando el interruptor SA1 se cierra y se abre en diferentes posiciones del interruptor SA2.

(La prueba se compila en el programa MyTest. La puntuación la asigna el programa).

Archivo para iniciar el programa MyTest (ubicado en la carpeta con la presentación)

Prueba. (Ejecute el programa MyTest, abra el archivo “Prueba”, presione la tecla F5 para iniciar la prueba)

III. Aprender material nuevo.

Diapositiva 3. Planteamiento del problema: ¿Recordemos lo que sabemos sobre las vibraciones mecánicas? (El concepto de oscilaciones libres y forzadas, autooscilaciones, resonancia, etc.) Las oscilaciones libres pueden ocurrir en circuitos eléctricos, así como en sistemas mecánicos, como una carga en un resorte o un péndulo. En la lección de hoy comenzaremos a estudiar dichos sistemas. El tema de la lección de hoy: “Oscilaciones electromagnéticas. Circuito oscilatorio”.

Objetivos de la lección

• Introduzcamos los conceptos: “oscilaciones electromagnéticas”, “circuito oscilatorio”;
• mostraremos la universalidad de las leyes básicas de los procesos oscilatorios para oscilaciones de cualquier naturaleza física;
• demostraremos que las oscilaciones en un circuito ideal son armónicas;
• Revelemos el significado físico de las características de las vibraciones.

Primero recordemos qué propiedades debe tener un sistema para que se produzcan oscilaciones libres en él.

(En un sistema oscilatorio, debería surgir una fuerza restauradora y la energía debería convertirse de un tipo a otro; la fricción en el sistema debería ser bastante pequeña).

En los circuitos eléctricos, así como en los sistemas mecánicos, como por ejemplo una carga sobre un resorte o un péndulo, pueden producirse vibraciones libres.

¿Qué oscilaciones se llaman oscilaciones libres? (oscilaciones que ocurren en un sistema después de que se retira de una posición de equilibrio) ¿Qué oscilaciones se llaman oscilaciones forzadas? (oscilaciones que ocurren bajo la influencia de EMF externos que cambian periódicamente)

Los cambios periódicos o casi periódicos de carga, corriente y voltaje se denominan oscilaciones electromagnéticas.

Diapositiva 4. Después de inventar la jarra de Leyden y aprender a impartirle una gran carga utilizando una máquina electrostática, comenzaron a estudiar la descarga eléctrica de las jarras. Al cerrar los revestimientos de una jarra de Leyden con una bobina de alambre, descubrieron que los radios de acero dentro de la bobina estaban magnetizados, pero era imposible predecir qué extremo del núcleo de la bobina sería el polo norte y cuál sería el polo sur. . El científico alemán del siglo XIX HELMHOLTZ Hermann Ludwig Ferdinand desempeñó un papel importante en la teoría de las oscilaciones electromagnéticas. Se le llama el primer médico entre los científicos y el primer científico entre los médicos. Estudió física, matemáticas, fisiología, anatomía y psicología, logrando reconocimiento mundial en cada una de estas áreas. Llamando la atención sobre la naturaleza oscilatoria de la descarga de la jarra de Leyden, en 1869 Helmholtz demostró que se producen oscilaciones similares en una bobina de inducción conectada a un condensador (es decir, esencialmente, creó un circuito oscilatorio que consta de inductancia y capacitancia). Estos experimentos jugaron un papel importante en el desarrollo de la teoría del electromagnetismo.

Diapositiva 4. Normalmente, las vibraciones electromagnéticas se producen a una frecuencia muy alta, superando significativamente la frecuencia de las vibraciones mecánicas. Por tanto, un osciloscopio electrónico es muy conveniente para observarlos y estudiarlos. (Demostración del dispositivo. El principio de su funcionamiento en animación).

Diapositiva 4. Actualmente los osciloscopios electrónicos han sido sustituidos por los digitales. Nos contará los principios de su funcionamiento...

Diapositiva 5. Animación “Osciloscopio”

Diapositiva 6. Pero volvamos a las oscilaciones electromagnéticas. El sistema eléctrico más simple capaz de realizar oscilaciones libres es un circuito RLC en serie. Un circuito oscilatorio es un circuito eléctrico que consta de un condensador conectado en serie con capacidad eléctrica C, una bobina con inductancia L y resistencia eléctrica R. Lo llamaremos circuito RLC en serie.

Experimento físico. Tenemos un circuito cuyo diagrama se muestra en la Figura 1. Conectemos un galvanómetro a la bobina. Observemos el comportamiento de la aguja del galvanómetro después de mover el interruptor de la posición 1 a la posición 2. Observa que la aguja comienza a oscilar, pero estas oscilaciones pronto desaparecen. Todos los circuitos reales contienen resistencia eléctrica R. Durante cada período de oscilación, parte de la energía electromagnética almacenada en el circuito se convierte en calor Joule y las oscilaciones se amortiguan. Se considera un gráfico de oscilaciones amortiguadas.

¿Cómo se producen las oscilaciones libres en un circuito oscilatorio?

Consideremos el caso cuando la resistencia R=0 (modelo de un circuito oscilatorio ideal). ¿Qué procesos ocurren en el circuito oscilatorio?

Diapositiva 7. Animación “Circuito oscilante”.

Diapositiva 8. Pasemos a la teoría cuantitativa de los procesos en un circuito oscilatorio.

Considere un circuito RLC en serie. Cuando el interruptor K está en la posición 1, el condensador se carga a voltaje. Después de cambiar la llave a la posición 2, comienza el proceso de descarga del condensador a través de la resistencia R y el inductor L. Bajo ciertas condiciones, este proceso puede tener un carácter oscilatorio.

La ley de Ohm para un circuito RLC cerrado que no contiene una fuente de corriente externa se escribe como

donde está el voltaje en el capacitor, q es la carga del capacitor, – corriente en el circuito. En el lado derecho de esta relación está la fem de autoinducción de la bobina. Si elegimos la carga del capacitor q(t) como variable, entonces la ecuación que describe las oscilaciones libres en el circuito RLC se puede reducir a la siguiente forma:

Consideremos el caso en el que no hay pérdidas de energía electromagnética en el circuito (R = 0). Introduzcamos la notación: . Entonces

(*)

La ecuación (*) es la ecuación básica que describe las oscilaciones libres en un circuito LC (circuito oscilatorio ideal) en ausencia de amortiguación. En apariencia, coincide exactamente con la ecuación de oscilaciones libres de una carga sobre un resorte o hilo en ausencia de fuerzas de fricción.

Anotamos esta ecuación al estudiar el tema "Vibraciones mecánicas".

En ausencia de amortiguación, las oscilaciones libres en un circuito eléctrico son armónicas, es decir, ocurren según la ley

q(t) = q m cos( 0 t + 0).

¿Por qué? (Dado que esta es la única función cuya segunda derivada es igual a la función misma. Además, cos0 = 1, lo que significa q(0) = q m)

La amplitud de las oscilaciones de carga q m y la fase inicial 0 están determinadas por las condiciones iniciales, es decir, por la forma en que el sistema salió del equilibrio. En particular, para el proceso de oscilación que comenzará en el circuito mostrado en la Figura 1, luego de cambiar la tecla K a la posición 2, q m = C, 0 = 0.

Entonces la ecuación de oscilaciones armónicas de la carga de nuestro circuito tomará la forma

q(t) = q metro porque 0 t .

La corriente también realiza oscilaciones armónicas:

Diapositiva 9.¿Dónde está la amplitud de las fluctuaciones actuales? Las oscilaciones de corriente están por delante de las oscilaciones de carga en fase.

Con oscilaciones libres, hay una conversión periódica de la energía eléctrica W e almacenada en el capacitor en energía magnética W m de la bobina y viceversa. Si no hay pérdida de energía en el circuito oscilatorio, entonces la energía electromagnética total del sistema permanece sin cambios:

Diapositiva 9. Los parámetros L y C del circuito oscilatorio determinan solo la frecuencia natural de las oscilaciones libres.

.

Considerando eso, obtenemos.

Diapositiva 9. Fórmula La fórmula de Thomson la llamó el físico inglés William Thomson (Lord Kelvin), quien la derivó en 1853.

Evidentemente, el período de oscilaciones electromagnéticas depende de la inductancia de la bobina L y de la capacitancia del condensador C. Tenemos una bobina cuya inductancia se puede aumentar utilizando un núcleo de hierro y un condensador variable. Primero recordemos cómo se puede cambiar la capacitancia de dicho condensador. Permítanme recordarles que este es el material del curso de décimo grado.

Un condensador variable consta de dos juegos de placas metálicas. Cuando se gira el mango, las placas de un juego encajan en los espacios entre las placas del otro juego. En este caso, la capacitancia del condensador cambia en proporción al cambio en el área de la parte superpuesta de las placas. Si las placas están conectadas en paralelo, al aumentar el área de las placas, aumentaremos la capacidad de cada capacitor, lo que significa que aumentará la capacidad de todo el banco de capacitores. Cuando los condensadores se conectan en serie en una batería, un aumento en la capacidad de cada capacitor conlleva una disminución en la capacidad de la batería de capacitores.

Veamos cómo el período de las oscilaciones electromagnéticas depende de la capacitancia del condensador C y de la inductancia de la bobina L.

Diapositiva 9. Animación “Dependencia del período de oscilaciones electromagnéticas en L y C”

Diapositiva 10. Comparemos ahora las oscilaciones eléctricas y las oscilaciones de una carga en un resorte. Abra la página 85 del libro de texto, Figura 4.5.

La figura muestra gráficas de cambios en la carga q (t) del capacitor y desplazamiento x (t) de la carga desde la posición de equilibrio, así como gráficas de corriente I (t) y velocidad de carga. v(t) para un período T de oscilaciones.

En sus escritorios hay una tabla que completamos al estudiar el tema “Vibraciones mecánicas”. Apéndice 2.

Ha completado una fila de esta tabla. Usando la Figura 2, párrafo 29 del libro de texto y la Figura 4.5 en la página 85 del libro de texto, complete las filas restantes de la tabla.

¿En qué se parecen los procesos de vibraciones eléctricas y mecánicas libres? Veamos la siguiente animación.

Diapositiva 11. Animación “Analogía entre vibraciones eléctricas y mecánicas”

Las comparaciones obtenidas de las oscilaciones libres de una carga en un resorte y los procesos en un circuito oscilatorio eléctrico nos permiten sacar una conclusión sobre la analogía entre cantidades eléctricas y mecánicas.

Diapositiva 12. Estas analogías se presentan en la tabla. Apéndice 3.

La misma tabla está disponible en sus escritorios y en su libro de texto en la página 86.

Entonces, hemos considerado la parte teórica. ¿Te quedó todo claro? ¿Quizás alguien tiene preguntas?

Ahora pasemos a resolver problemas.

IV. Minuto de educación física.

V. Consolidación del material estudiado.

Resolución de problemas:

1. problemas 1, 2, problemas de la parte A No. 1, 6, 8 (oralmente);
2. problemas No. 957 (respuesta 5,1 μH), No. 958 (la respuesta disminuirá 1,25 veces) (en la pizarra);
3. parte de la tarea B (oralmente);
4. tarea número 1 de la parte C (en el tablero).

Los problemas están tomados de la colección de problemas para los grados 10-11 de A.P. Rymkevich y apéndices 10. Apéndice 4.

VI. Reflexión.

Los estudiantes llenan una tarjeta reflexiva.

VII. Resumiendo la lección.

¿Se lograron los objetivos de la lección? Resumiendo la lección. Evaluación del estudiante.

VIII. Asignación de tareas.

Párrafos 27 – 30, No. 959, 960, tareas restantes del Apéndice 10.

Literatura:

1. Curso de física multimedia “Open Physics” versión 2.6 editado por el profesor del MIPT S.M. Cabra.
2. Libro de problemas para los grados 10-11. AP Rymkevich, Moscú “Ilustración”, 2012.
3. Física. Libro de texto para el 11º grado de instituciones de educación general. G.Ya.Myakishev, B.B. Bujovtsev, V.M. Charugin. Moscú “Ilustración”, 2011.
4. Suplemento electrónico del libro de texto de G.Ya.Myakishev, B.B. Bujovtseva, V.M. Charugina. Moscú “Ilustración”, 2011.
5. Inducción electromagnética. Problemas cualitativos (lógicos). Grado 11, perfil de física y matemáticas. CM. Nóvikov. Moscú “Chistye Prudy”, 2007. Biblioteca “Primero de Septiembre”. Serie “Física”. Número 1 (13).
6. http://pitf.ftf.nstu.ru/resources/walter-fendt/osccirc

PD Si no es posible proporcionar una computadora a cada estudiante, entonces la prueba se puede administrar por escrito.

Hay fluctuaciones

mecánica, electromagnética, química, termodinámica

y varios otros. A pesar de tanta diversidad, todos tienen mucho en común.

• Un campo magnético

generado por corriente electrica

la principal característica física es la inducción magnética.

• Campo eléctrico

genera con cargo

característica física principal -

campo de fuerza

• Estos son cambios de cargo periódicos o casi periódicos. q, fuerza actual I y voltaje Ud. .

Tipos de oscilatorio

sistemas

Matemático

péndulo

Primavera

péndulo

Tipos de oscilatorio

sistemas

Matemático

péndulo

Primavera

péndulo

Oscilatorio

Circuito

Esquema de funcionamiento del amortiguador

Representación esquemática de tipos de sistemas oscilatorios.

Péndulo matemático

Péndulo de primavera

• Este es el sistema más simple en el que pueden ocurrir oscilaciones electromagnéticas, y consta de un capacitor y una bobina conectada a sus placas.

Según la naturaleza de los procesos que provocan movimientos oscilatorios.

Tipos de oscilatorio

movimiento

Disponible

Forzado

El sistema oscilatorio se deja actuar por sí solo y debido a la reserva de energía inicial se producen oscilaciones amortiguadas.

Las oscilaciones se producen debido a fuerzas externas que cambian periódicamente.

• Las oscilaciones libres son oscilaciones en un sistema que ocurren después de que se lo saca de un estado de equilibrio.

• Las oscilaciones forzadas se denominan oscilaciones en un circuito bajo la influencia de un EMF periódico externo.

• Para desequilibrar el sistema, es necesario impartir una carga adicional al condensador.

• Origen de la FEM: los electrones que se mueven junto con los conductores del marco son influenciados por una fuerza del campo magnético, provocando un cambio en el flujo magnético y, en consecuencia, en la fem inducida.

Para observación e investigación, el dispositivo más adecuado es osciloscopio electrónico

OSCILOSCOPIO

(del latín oscillo - balanceo y "contar"), midiendo

un dispositivo para observar la relación entre dos

o varias cantidades que cambian rápidamente

(eléctrico o convertido a eléctrico)

Los osciloscopios de rayos catódicos más comunes.

en el que las señales eléctricas

proporcional al cambio en las cantidades estudiadas,

llegar a las placas de deflexión

tubo de osciloscopio;

en la pantalla del tubo observan o

fotografía gráfica

Imagen de adicción.

L – INDUCTANCIA BOBINAS, gn

C - CAPACIDAD ELÉCTRICA CONDENSADOR, F

CARGADOR

CONDENSADOR

W - energía del campo eléctrico, J

Descarga de un condensador: la energía del campo eléctrico disminuye, pero al mismo tiempo aumenta la energía del campo magnético de la corriente.

• W=Li²/2 –

energía del campo magnético, J

yo- intensidad de corriente alterna, A

La energía total del campo electromagnético del circuito es igual a la suma de las energías de los campos magnético y eléctrico.

W. = yo 2 / 2 + q 2 / 2С

W el W m W el

Conversión de energía en un circuito oscilatorio.

q 2 /2 C = q 2 /2 C + Li 2 /2 = Li 2 /2

En circuitos oscilatorios reales

siempre hay resistencia activa,

que determina

amortiguación de vibraciones.

Vibraciones mecánicas y electromagnéticas y sistemas oscilatorios.

Las vibraciones mecánicas y electromagnéticas obedecen exactamente las mismas leyes cuantitativas.

Además de las vibraciones mecánicas, también existen

vibraciones electromagnéticas.

Tienen lugar en

circuito oscilatorio.

Consiste en

bobina y condensador.

• ¿Qué transformaciones ocurren en el circuito?

transformación de energías

• §27-28,
• resumen en cuaderno,
• Repetir vibraciones mecánicas: definiciones y cantidades físicas que caracterizan las vibraciones.

“Oscilaciones libres” - Oscilaciones no amortiguadas. Oscilaciones electromagnéticas libres. Donde i y q son la intensidad de corriente y la carga eléctrica en cualquier momento. Según la ley de la inducción electromagnética: La energía electromagnética total del circuito oscilatorio. El número de oscilaciones por unidad de tiempo se llama frecuencia de oscilación: Energía total.

“Resonancia mecánica” - 1. Cadena del Puente Egipcio en San Petersburgo. Resonancia en la tecnología. 3. Ciudad de México 1985 Puente colgante de Tacoma. Valor de resonancia positiva Frecuencímetro. 2. Institución educativa estatal Gimnasio No. 363 del distrito de Frunzensky. El frecuencímetro de láminas mecánico es un dispositivo para medir la frecuencia de vibración.

“Frecuencia de vibración” - Ondas sonoras. ¿¿¿¿Pensemos???? El infrasonido se utiliza en asuntos militares, pesca, etc. ¿Puede el sonido viajar en gases, líquidos y sólidos? ¿Qué determina el volumen del sonido? ¿De qué depende el tono del sonido? Velocidad del sonido. Ultrasonido. En este caso, las vibraciones de la fuente de sonido son obvias.

“Vibraciones mecánicas” - Transversales. Gráfica de un péndulo de resorte. Movimiento oscilatorio. Gratis. Longitudinal. "Vibraciones y Ondas". Armónico. Vibraciones libres. Las ondas son la propagación de vibraciones en el espacio a lo largo del tiempo. Completado por: estudiante “A” de 11º grado, Yulia Oleynikova. Vibraciones forzadas. Ondas. Péndulo matemático.

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Títulos de diapositivas:

Circuito oscilatorio. Vibraciones electromagnéticas. El principio de las comunicaciones por radio y televisión Lección No. 51

Las oscilaciones electromagnéticas son cambios periódicos a lo largo del tiempo en cantidades eléctricas y magnéticas (carga, corriente, voltaje, tensión, inducción magnética, etc.) en un circuito eléctrico. Como se sabe, para crear una onda electromagnética potente que pueda ser registrada por instrumentos a grandes distancias de la antena emisora, es necesario que la frecuencia de la onda sea de al menos 0,1 MHz.

Una de las partes principales del generador es el circuito oscilatorio: es un sistema oscilatorio que consta de una bobina de inductancia L conectada en serie, un condensador con una capacitancia C y una resistencia con resistencia R.

Después de inventar la jarra de Leyden (el primer condensador) y aprender a impartirle una gran carga utilizando una máquina electrostática, comenzaron a estudiar la descarga eléctrica de la jarra. Al cerrar los revestimientos de una jarra de Leyden con una bobina, descubrieron que los radios de acero dentro de la bobina estaban magnetizados. Lo extraño fue que era imposible predecir qué extremo del núcleo de la bobina sería el polo norte y cuál el sur. No se entendió de inmediato que cuando se descarga un capacitor a través de una bobina, se producen oscilaciones en el circuito eléctrico.

El período de oscilaciones libres es igual al período natural del sistema oscilatorio, en este caso el período del circuito. La fórmula para determinar el período de oscilaciones electromagnéticas libres fue obtenida por el físico inglés William Thomson en 1853.

El circuito del transmisor de Popov es bastante simple: es un circuito oscilatorio que consta de una inductancia (el devanado secundario de la bobina), una batería alimentada y una capacitancia (explosión de chispas). Si presiona la tecla, salta una chispa en el explosor de la bobina, provocando oscilaciones electromagnéticas en la antena. La antena es un vibrador abierto y emite ondas electromagnéticas que, al llegar a la antena de la estación receptora, excitan oscilaciones eléctricas en ella.

Para registrar las ondas recibidas, Alexander Stepanovich Popov utilizó un dispositivo especial: un cohesor (de la palabra latina "coherencia" - cohesión), que consiste en un tubo de vidrio que contiene limaduras de metal. El 24 de marzo de 1896 se transmitieron las primeras palabras en código Morse: "Heinrich Hertz".

Aunque los receptores de radio modernos se parecen muy poco al receptor de Popov, los principios básicos de su funcionamiento son los mismos.

Principales conclusiones: – Un circuito oscilatorio es un sistema oscilatorio formado por una bobina, un condensador y una resistencia activa conectados en serie. – Las oscilaciones electromagnéticas libres son oscilaciones que se producen en un circuito oscilatorio ideal debido al gasto de energía impartida a este circuito, que no se repone posteriormente. – El período de oscilaciones electromagnéticas libres se puede calcular mediante la fórmula de Thomson. – De esta fórmula se deduce que el período del circuito oscilatorio está determinado por los parámetros de sus elementos constitutivos: la inductancia de la bobina y la capacitancia del condensador. – La radiocomunicación es el proceso de transmisión y recepción de información mediante ondas electromagnéticas. – La modulación de amplitud es el proceso de cambiar la amplitud de las oscilaciones de alta frecuencia con una frecuencia igual a la frecuencia de la señal de sonido. – El proceso inverso de la modulación se llama detección.