Общие свойства гармонических колебаний. Задачи для самостоятельного решения

Физика колебаний Электромагнитные волны

Электрический ток. Последовательное и параллельное соединение проводников. Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для полной электрической цепи. Электрический ток в металлах, жидкостях, газах и вакууме. Плазма. Полупроводники. Собственная и примесная проводимости полупроводников. Полупроводниковый диод. Полупроводниковые приборы. Наблюдение и описание магнитного взаимодействия проводников с током, самоиндукции, электромагнитных колебаний, излучения и приема электромагнитных волн, отражения, преломления, дисперсии, интерференции, дифракции и поляризации света; объяснение этих явлений.

Рассмотрим далее вопрос о мощности в цепи переменного тока и о понятиях действующих значений тока и напряжения.

Мгновенная мощность для случая, когда гармоническое напряжение U0cos(wt) приложено к цепи с омической нагрузкой по закону Джоуля–Ленца может быть записана в виде:

P (t) = U0cos(wt)×I0cos(wt – j) . (6.11)

Простейшие тригонометрические преобразования позволяют показать, что это быстропеременная функция с частотой 2w. В то же время тепловое действие тока определяется, очевидно, не мгновенным, а средним (за большой по сравнению с периодом колебаний промежуток времени) значением мощности áPñ. Это значение может быть найдено усреднением P(t) за период:

. (6.12)

Величину cosj называют «коэффициентом мощности». Поскольку U0×cosj = UR = I0R, то

  (6.13)

Лед массой 2 кг, находящийся при температуре –10°С, нагрели и превратили в пар. Определить изменение энтропии.

Отсюда видно, что протекание по цепи переменного тока с сопротивлением R вызывает в ней такое же тепловое действие, что и тока постоянного величиной Iд =. Эта величина называется действующим (или эффективным) значением силы переменного тока. По аналогии вводится действующее значение напряжения Uд = . Т.о. выражение для средней мощности может быть записано в виде:

 I0×U0×cosj . (6.14)

Отметим, что в общем случае несинусоидального переменного тока коэффициент, связывающий амплитудное и действующее значения, будет иным. Процедура нахождения этого коэффициента определяется равенствами:

  ; .

Покажем это на простом примере «пилообразного» тока.

Кинетическая энергия вращающегося тела Евращ = Jw2/2

Закон сохранения энергии Епот +Екин +Евращ=const

Работа при повороте на угол dj dА = Mdj

Основные законы и и формулы молекулярной физики и термодинамики

Количество вещества  n = N/NA = m/m

Уравнение Клапейрона - Менделеева РV = mRT/m

(уравнение состояния идеального газа)

Закон Дальтона Р = P1 + P2 +....+ Pn

Концентрация молекул n = N/V = NAr/m

Закон Фурье q =-l (dT/dх)

Первое начало термодинамики dQ = dU + dA

Основные законы и и формулы электростатики и постоянного тока

Закон Кулона F = q1 q2 / 4pee0 r2

Напряженность электрического поля Е = F/q1

Напряженность поля точечного заряда q2 Е = q2 / 4pee0 r2

Теорема Остроградского – Гаусса ò ЕndS = ( åqi )/ ee0

Cвязь между потенциалом j Е = -grad j

и напряженностью поля

Сила тока  I = dq/dt

Заряд, прошедший по проводнику q = ò I(t) dt

Закон Ома для замкнутой цепи I = e/ (R + r)

Закон Джоуля-Ленца для пост. тока Q = I2R t

То же для тока, зависящего от времени Q = ò I2(t)Rdt

Сопротивление однородного проводника R = r l /S

Студенты на качественно новом уровне, по сравнению со школьным, осваивают основные явления и понятия раздела. Детально разбирают вопросы кинематики и динамики свободных незатухающих и затухающих колебаний, вынужденных колебаний, явления резонанса, рассматривая в качестве примеров колебания пружинного, математического и физического маятников, электромагнитные колебания в колебательном контуре. Получают представление о резонансе напряжений и токов. Разбирают случаи сложения гармонических колебаний одного направления и сложение взаимно-перпендикулярных колебаний, модуляцию колебаний, получение фигур Лиссажу. При рассмотрении электромагнитных волн вводится представление о векторе Умова-Пойнтинга. Разбирают особенности стоячих механических и электромагнитных волн.
Переменный ток