3.6. Электромагнитные колебания и волны



Периодические изменения заряда q, силы тока I и напряжения U называют электрическими колебаниями. Свободные электрические гармоническое колебания происходят в колебательном контуре по закону
 q = q0 cos (ωt + φ0). 

Рисунок 3.6.1.
Свободные колебания в электрическом контуре.

При свободных колебаниях происходит периодическое превращение электрической энергии, запасенной в конденсаторе, в магнитную энергию катушки, и наоборот. Полная электромагнитная энергия в идеальном колебательном контуре остается постоянной:
  
Собственная частота свободных колебаний равняется Период свободных колебаний равен:
  

Колебания, возникающие в колебательной системе под действием периодически изменяющихся внешних сил, называются вынужденными.

Рисунок 3.6.2.
Вынужденные колебания в контуре.

 

Мощность, выделяемая на участке цепи, равна
 P = IU cos φ, 
где φ – разность фаз между колебаниями напряжения и силы тока.

Рисунок 3.6.3.
Колебания электрического тока i и напряжения u на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности.

Мощность в цепи переменного тока выделяется только на активном сопротивлении (резисторе). Средняя мощность переменного тока на конденсаторе и катушки индуктивности равна нулю.

Для расчета цепей на переменном токе, содержащих резисторы, конденсаторы и катушки индуктивности, вводится понятие реактивного сопротивления.

Реактивное сопротивление конденсатора равно Реактивное сопротивление катушки равно Полное сопротивление Z на переменном токе цепи, состоящей из последовательно соединенных R, C и L, рассчитывается по формуле
  

Действующие (эффективные) значения силы тока и напряжения равны:
    

 

Электромагнитные волны – это распространяющиеся в пространстве электромагнитные колебания. Они поперечны, то есть векторы и перпендикулярны и друг другу, и направлению распространения волны.

Рисунок 3.6.4.
Синусоидальная электромагнитная волна.

Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме c (скорость света) – это мировая константа:
 c = 2,9979·108 м/с. 
Скорость распространения электромагнитных волн в веществе равна:
  
где ε – диэлектрическая, а μ – магнитная проницаемости вещества.

Длина волны в вакууме и ее частота связаны формулой
  




© Интерактивная физика




Использованы материалы сайта www.physics.ru