Pe scurt despre oscilațiile electromagnetice. Oscilații electromagnetice Oscilații electrice și parametrii acestora

Vibrații mecanice.

3. Transformatoare.

Valuri.

4. Difracția undelor.

9. Efectul Doppler în acustică.

1.fenomene magnetice

Inducerea câmpului magnetic al unui conductor rectiliniu cu curent.

legea lui Faraday

Legea lui Faraday a inducției electromagnetice se scrie sub următoarea formulă:

este forța electromotoare care acționează de-a lungul oricărui contur;

Ф в este fluxul magnetic care trece prin suprafața întinsă peste contur.

Pentru o bobină care este plasată într-un câmp magnetic alternativ, legea lui Faraday arată puțin diferit:

Aceasta este forța electromotoare;

N este numărul de spire a bobinei;

Ф в este fluxul magnetic care trece printr-o tură.

regula lui Lenz

Curentul de inducție are o astfel de direcție încât creșterea fluxului magnetic creat de acesta prin aria delimitată de contur și creșterea fluxului inducției magnetice a câmpului extern sunt de semn opus.

Curentul inductiv care apare într-un circuit închis cu acesta camp magnetic contracarează modificarea fluxului magnetic care a provocat acest curent.

auto-inducție

Auto-inducție - fenomenul apariției EMF de inducție într-un circuit electric ca urmare a unei modificări a intensității curentului.

FEM rezultată se numește fem de auto-inducție.

Dacă curentul din circuitul luat în considerare se modifică dintr-un motiv oarecare, atunci câmpul magnetic al acestui curent se modifică și, în consecință, fluxul magnetic propriu care pătrunde în circuit. În circuit, are loc un EMF de auto-inducție, care, conform regulii Lenz, previne o schimbare a curentului în circuit. Acest fenomen se numește auto-inducție, iar valoarea corespunzătoare este EMF de auto-inducție.

EMF de auto-inducție este direct proporțională cu inductanța bobinei și rata de schimbare a puterii curentului în ea

Inductanţă

Inductanța (din latinescul inductio - ghidare, motivație) este o mărime care caracterizează relația dintre o modificare a curentului într-un circuit electric și EMF (forța electromotoare) rezultată de auto-inducție. Inductanța este desemnată cu litera latină majusculă „L”, în onoarea fizicianului german Lenz. Termenul de inductanță a fost inventat în 1886 de Oliver Heaviside.

Mărimea fluxului magnetic care trece prin circuit este legată de puterea curentului astfel: Φ = LI. Factorul de proporționalitate L se numește coeficient de auto-inducție al circuitului sau pur și simplu inductanță. Valoarea inductanței depinde de mărimea și forma circuitului, precum și de permeabilitatea magnetică a mediului. Unitatea pentru inductanță este Henry (H). Valori suplimentare: mH, mH.

Cunoscând inductanța, modificarea puterii curentului și timpul acestei modificări, puteți găsi fem-ul de auto-inducție care apare în circuit:

Prin inductanță se exprimă și energia câmpului magnetic al curentului:

În consecință, cu cât inducția este mai mare, cu atât energia magnetică acumulată în spațiul din jurul circuitului curent este mai mare. Inductanța este un fel de analog al energiei cinetice în electricitate.

7. inductanța solenoidului.

L - Inductanța (solenoid), unitate în SI H

L - Lungime (solenoid), unitate în SI - m

N - Număr (învârtiri ale solenoidului

V- Volum (solenoid), unitate în SI - m3

Permeabilitatea magnetică relativă

Constanta magnetica H/m

Energia câmpului magnetic al solenoidului

Energia Wm a câmpului magnetic al unei bobine cu inductanță L, creată de curentul I, este egală cu

Să aplicăm expresia rezultată pentru energia bobinei unui solenoid lung cu miez magnetic. Folosind formulele de mai sus pentru coeficientul de autoinducție Lμ al solenoidului și pentru câmpul magnetic B creat de curentul I, se poate obține:

Diamagneți

Diamagneții sunt substanțe care sunt magnetizate împotriva direcției unui câmp magnetic extern. În absența unui câmp magnetic extern, diamagneții sunt nemagnetici. Sub acțiunea unui câmp magnetic extern, fiecare atom al unui diamagnet capătă un moment magnetic I (și fiecare mol al unei substanțe capătă un moment magnetic total), proporțional cu inducția magnetică H și îndreptat către câmp.

Diamagneții includ gaze inerte, azot, hidrogen, siliciu, fosfor, bismut, zinc, cupru, aur, argint și multe altele, atât compuși organici, cât și anorganici. O persoană aflată într-un câmp magnetic se comportă ca un diamagnet.

Paramagneți

Paramagneții sunt substanțe care sunt magnetizate într-un câmp magnetic extern în direcția câmpului magnetic extern. Paramagneții sunt substanțe slab magnetice, permeabilitatea magnetică diferă ușor de unitate

Paramagneții includ aluminiu (Al), platină (Pt), multe alte metale (metale alcaline și alcalino-pământoase, precum și aliaje ale acestor metale), oxigen (O2), oxid nitric (NO), oxid de mangan (MnO), clorură ferică (FeCl2), etc.

feromagneți

Feromagneții sunt substanțe (de obicei în stare solidă cristalină sau amorfă) în care ordinea feromagnetică pe distanță lungă este stabilită sub o anumită temperatură critică (punctele Curie). momente magnetice atomi sau ioni (în cristale nemetalice) sau momente ale electronilor itineranti (în cristale metalice). Cu alte cuvinte, un feromagnet este o substanță care, la temperaturi sub punctul Curie, este capabilă să fie magnetizată în absența unui câmp magnetic extern.

Printre elemente chimice elementele de tranziție Fe, Co și Ni (metale 3d) și metalele din pământuri rare Gd, Tb, Dy, Ho și Er au proprietăți feromagnetice.

Întrebări pentru test în secțiunea „Oscilații și unde”.

Vibrații mecanice.

1. mișcare oscilatorie

O mișcare oscilativă este o mișcare care se repetă exact sau aproximativ la intervale regulate. Doctrina mișcării oscilatorii în fizică este evidențiată în special. Acest lucru se datorează comunității legilor mișcării oscilatorii de diferite naturi și metodelor de studiu ale acesteia.

Vibrațiile și undele mecanice, acustice, electromagnetice sunt considerate dintr-un singur punct de vedere.

Mișcarea oscilativă este caracteristică tuturor fenomenelor naturale. Procesele care se repetă ritmic, de exemplu, bătăile inimii, au loc continuu în interiorul oricărui organism viu.

Formula Huygens

4 . pendul fizic

Un pendul fizic este un corp rigid fixat pe o axă orizontală fixă ​​(axa de suspensie) care nu trece prin centrul de greutate și oscilează în jurul acestei axe sub acțiunea gravitației. Spre deosebire de un pendul matematic, masa unui astfel de corp nu poate fi considerată o masă punctiformă.

Semnul minus din partea dreaptă înseamnă că forța F este îndreptată spre scăderea unghiului α. Ținând cont de micimea unghiului α

Pentru a deriva legea mișcării pendulelor matematice și fizice, folosim ecuația de bază pentru dinamica mișcării de rotație

Momentul forței: nu poate fi determinat în mod explicit. Luând în considerare toate mărimile incluse în ecuația diferențială inițială a oscilațiilor unui pendul fizic, acesta are forma:

Rezolvarea acestei ecuații

Să determinăm lungimea l a pendulului matematic, la care perioada oscilațiilor sale este egală cu perioada oscilațiilor pendulului fizic, adică. sau

Din această relație, determinăm

Rezonanţă

O creștere bruscă a amplitudinii oscilațiilor forțate pe măsură ce frecvența ciclică a forței perturbatoare se apropie de frecvența naturală a oscilațiilor se numește rezonanţă.

O creștere a amplitudinii este doar o consecință a rezonanței, iar motivul este coincidența frecvenței externe (excitante) cu frecvența internă (naturală) a sistemului oscilator.

Auto-oscilații.

Există sisteme în care oscilațiile neamortizate apar nu datorită influențelor externe periodice, ci ca urmare a capacității unor astfel de sisteme de a regla fluxul de energie dintr-o sursă constantă. Astfel de sisteme sunt numite auto-oscilante, iar procesul de oscilații neamortizate în astfel de sisteme este autooscilații.

Pe fig. 1.10.1 prezintă o diagramă a unui sistem auto-oscilant. Într-un sistem auto-oscilator, se pot distinge trei elemente caracteristice - sistem oscilator, sursa de energieși supapă- un dispozitiv care părereîntre sistemul oscilator și sursa de energie.

Se numește feedback pozitiv, dacă sursa de energie produce muncă pozitivă, i.e. transferă energie sistemului oscilant. În acest caz, în intervalul de timp în care o forță externă acționează asupra sistemului oscilator, direcția forței și direcția vitezei sistemului oscilator coincid, ca urmare, în sistem apar oscilații neamortizate. Dacă direcțiile forței și ale vitezei sunt opuse, atunci feedback negativ, care nu face decât să sporească amortizarea oscilațiilor.

Un exemplu de sistem mecanic auto-oscilant este un mecanism de ceas (Fig. 1.10.2). O roată de rulare cu dinți oblici este fixată rigid de un tambur dințat, prin care este aruncat un lanț cu o greutate. La capătul superior al pendulului, o ancoră (ancoră) este fixată cu două plăci de material dur îndoite de-a lungul unui arc de cerc centrat pe axa pendulului. Într-un ceas de mână, greutatea este înlocuită cu un arc, iar pendulul este înlocuit cu un balansier - o roată de mână fixată pe un arc spiralat. Echilibratorul efectuează vibrații de torsiune în jurul axei sale. Sistemul oscilator din ceas este un pendul sau echilibrator. Sursa de energie este o greutate ridicată sau un arc rănit. Dispozitivul cu ajutorul căruia se efectuează feedback-ul - supapa, este o ancoră care permite roții de rulare să rotească un dinte într-o jumătate de ciclu. Feedback-ul este oferit de interacțiunea ancorei cu roata de rulare. La fiecare oscilație a pendulului, dintele roții de deplasare împinge furca de ancorare în direcția mișcării pendulului, transferând acesteia o anumită porțiune de energie, care compensează pierderile de energie datorate frecării. Astfel, energia potențială a greutății (sau a arcului răsucit) este treptat, în porțiuni separate, transferată pendulului.

Sistemele mecanice auto-oscilante sunt larg răspândite în viața din jurul nostru și în tehnologie. Autooscilațiile sunt realizate de motoarele cu abur, motoarele cu ardere internă, clopotele electrice, șirurile de instrumente muzicale arcuite, coloanele de aer în țevile instrumentelor de suflat, corzile vocale când se vorbește sau se cântă etc.

Vibrații mecanice.

1. Mișcare oscilativă. Condiții pentru apariția oscilațiilor. Parametrii mișcării oscilatorii. Vibrații armonice.

2. Fluctuațiile sarcinii asupra arcului.

3. Pendul matematic. Formula Huygens.

4. Pendul fizic. Perioada de oscilații libere a unui pendul fizic.

5. Conversia energiei în vibrații armonice.

6. Adunarea oscilațiilor armonice care apar de-a lungul unei linii drepte și de-a lungul a două direcții reciproc perpendiculare. figurile Lissajous.

7. Decadere vibratii mecanice. Ecuația pentru oscilații amortizate și soluția acesteia.

8. Caracteristici ale oscilațiilor amortizate: coeficient de amortizare, timp de relaxare, decrement de amortizare logaritmică, factor de calitate.

9. Oscilații mecanice forțate. Rezonanţă.

10. Autooscilații. Exemple de sisteme auto-oscilatoare.

Vibrații electrice. Curent alternativ.

1. Oscilații electrice. Circuit oscilator. formula Thomson.

2. Curentul electric alternativ. Un cadru care se rotește într-un câmp magnetic. Alternator.

3. Transformatoare.

4. Mașini electrice DC.

5. Rezistorul din circuitul AC. Valoarea efectivă a EMF, tensiune și curent.

6. Condensator în circuitul AC.

7. Inductor într-un circuit de curent alternativ.

8. Oscilații forțate în circuitul AC. Rezonanța tensiunilor și a curenților.

9. Legea lui Ohm pentru un circuit de curent alternativ.

10. Putere eliberată în circuitul AC.

Valuri.

1. unde mecanice. Tipuri de unde și caracteristicile lor.

2. Ecuația unei unde călătoare. Unde plane și sferice.

3. Interferența undelor. Condiții pentru interferența minimă și maximă.

4. Difracția undelor.

5. Principiul lui Huygens. Legile reflexiei și refracției undelor mecanice.

6. Unda stătătoare. Ecuația undei staționare. Apariția unui val staționar. Frecvențele naturale de vibrație.

7. Unde sonore. Viteza sunetului.

8. Mișcarea corpurilor cu o viteză mai mare decât viteza sunetului.

9. Efectul Doppler în acustică.

10. Unde electromagnetice. Predicția și descoperirea undelor electromagnetice. Semnificația fizică a ecuațiilor lui Maxwell. Experimentele lui Hertz. Proprietățile undelor electromagnetice. Scara undelor electromagnetice.

11. Radiația undelor electromagnetice. Transfer de energie printr-o undă electromagnetică. Vectorul Umov-Poynting.

Întrebări pentru testul din clasa a XI-a. Întrebări pentru examenul final.

Întrebări pentru test în secțiunea „Magnetism”.

1.fenomene magnetice orice fenomene ale naturii asociate cu prezența câmpurilor magnetice (atât statice, cât și undele) se numesc, și indiferent unde, în spațiu sau în cristalele unui corp solid sau în tehnologie. Fenomenele magnetice nu apar în lipsa câmpurilor magnetice.

Câteva exemple de fenomene magnetice:

Atracția magneților unul față de celălalt, producerea de curent electric în generatoare, funcționarea unui transformator, aurora boreală, emisia radio de hidrogen atomic la o lungime de undă de 21 cm, unde de spin, ochelari de spin etc.

« Fizica - clasa a 11-a "

1 .
Cu oscilații electromagnetice, apar modificări periodice ale sarcinii electrice, curentului și tensiunii. Oscilațiile electromagnetice sunt împărțite în libere, amortizate, forțate și auto-oscilații.

2 .
Cel mai simplu sistem în care se observă oscilații electromagnetice libere este un circuit oscilator. Este format dintr-o bobină de sârmă și un condensator.
Oscilațiile electromagnetice libere apar atunci când un condensator este descărcat printr-un inductor.
Oscilațiile forțate sunt cauzate de o FEM periodică.
În circuitul oscilator, energia câmpului electric al unui condensator încărcat se transformă periodic în energia câmpului magnetic al curentului.
În absența rezistenței în circuit, energia totală a câmpului electromagnetic rămâne neschimbată.

3 .
Vibrațiile electromagnetice și mecanice sunt de natură diferită, dar sunt descrise prin aceleași ecuații.
Ecuația care descrie oscilațiile electromagnetice din circuit are forma

Unde
q- încărcarea condensatorului
q"- derivata a doua a sarcinii în raport cu timpul;
ω 0 2- pătratul frecvenței de oscilație ciclică, în funcție de inductanță L si containere Cu.

4 .
Soluția ecuației care descrie oscilațiile electromagnetice libere este exprimată fie prin cosinus, fie prin sinus:

q = q m cos ω 0 t sau q = q m sin ω 0 t.

5 .
Oscilațiile care apar conform legii cosinusului sau sinusului se numesc armonice.
Valoarea maximă de încărcare q m pe plăcile condensatoarelor se numește amplitudinea oscilațiilor sarcinii.
Valoare ω 0 se numește frecvența de oscilație ciclică și se exprimă în număr v vibrații pe secundă: ω 0 = 2πv.

Perioada de oscilație este exprimată în termeni de frecvență ciclică după cum urmează:

Valoarea sub semnul cosinus sau sinus în soluția pentru ecuația oscilațiilor libere se numește faza oscilațiilor.
Faza determină starea sistemului oscilator la un moment dat în timp pentru o amplitudine dată de oscilație.

6 .
Datorită prezenței rezistenței în circuit, oscilațiile din acesta se diminuează în timp.

7
Oscilațiile forțate, adică curentul electric alternativ, apar în circuit sub acțiunea unei tensiuni periodice externe.
Între fluctuațiile de tensiune și curent, în cazul general, se observă o defazare φ.
În circuitele industriale de curent alternativ, curentul și tensiunea se modifică armonic cu o frecvență v = 50 Hz.
Tensiunea alternativă la capetele circuitului este generată de generatoarele din centralele electrice.

8 .
Puterea în circuitul AC este determinată de valorile efective ale curentului și tensiunii:

P = IU cos φ.

9 .
Rezistența unui circuit cu un condensator este invers proporțională cu produsul dintre frecvența ciclică și capacitatea electrică.

10 .
Un inductor oferă rezistență la curentul alternativ.
Această rezistență, numită inductivă, este egală cu produsul dintre frecvența ciclică și inductanța.

ωL = Х L

11 .
Cu oscilații electromagnetice forțate, rezonanța este posibilă - o creștere bruscă a amplitudinii curentului în timpul oscilațiilor forțate atunci când frecvența tensiunii alternative externe coincide cu frecvența naturală a circuitului oscilator.
Rezonanța este exprimată clar doar cu o rezistență activă suficient de mică a circuitului.

Concomitent cu creșterea puterii curentului la rezonanță, există o creștere bruscă a tensiunii pe condensator și bobină. Fenomenul rezonanței electrice este utilizat în comunicațiile radio.

12 .
Auto-oscilațiile sunt excitate în circuitul oscilator al unui oscilator bazat pe tranzistori datorită energiei unei surse de tensiune constantă.
Generatorul folosește un tranzistor, adică un dispozitiv semiconductor format dintr-un emițător, bază și colector și având două joncțiuni p-n. Fluctuațiile curentului din circuit provoacă fluctuații de tensiune între emițător și bază, care controlează puterea curentului în circuitul circuitului oscilant (feedback).
Energia este furnizată de la sursa de tensiune către circuit, compensând pierderile de energie din circuit prin rezistor.

1. Unde electromagnetice

2. Circuit oscilator închis.Formula lui Thomson.

3. Circuit oscilator deschis. Undele electromagnetice.

4. Scara undelor electromagnetice. Clasificarea intervalelor de frecvență adoptată în medicină.

5. Impact asupra corpului uman cu câmpuri electrice și magnetice alternative în scop terapeutic.

1. Conform teoriei lui Maxwell, un câmp electric alternativ este un ansamblu de câmpuri electrice și magnetice alternante reciproc perpendiculare care se mișcă în spațiu cu viteza luminii.

Unde și sunt permisivitatea și permeabilitatea relativă a mediului.

Propagarea unui câmp electromagnetic este însoțită de transferul de energie electromagnetică.

Sursele câmpului electromagnetic (radiația e/m) sunt de tot felul curenti alternativi: curent alternativ în conductori, mișcarea oscilativă a ionilor, electronilor și a altor particule încărcate, rotația electronilor într-un atom în jurul nucleului etc.

Câmpul electromagnetic se propagă sub formă de transversală unde electromagnetice, constând din două unde care coincid în fază - electrică și magnetică.

Lungimea, perioada T, frecvența și viteza de propagare a undei sunt legate de relație

Intensitatea unei unde electromagnetice sau densitatea fluxului de energie electromagnetică este proporțională cu pătratul frecvenței undelor.

Sursa undelor intense e/m ar trebui să fie curenții alternativi de înaltă frecvență, care se numesc oscilații electrice. Un circuit oscilator este folosit ca generator de astfel de oscilații.

2. Circuitul oscilator este format dintr-un condensator și o bobină

.

În primul rând, condensatorul este încărcat. Câmpul din interiorul acestuia este Е=Е m . În final momentul în care condensatorul începe să se descarce. În circuit va apărea un curent în creștere, iar în bobină apare un câmp magnetic H. Pe măsură ce condensatorul se descarcă, câmpul său electric slăbește, iar câmpul magnetic al bobinei crește.

La momentul t 1, condensatorul este complet descărcat. În acest caz, E=0, H=Hm. Acum toată energia circuitului va fi concentrată în bobină. După un sfert din perioadă, condensatorul va fi reîncărcat și energia circuitului va trece de la bobină la condensator și așa mai departe.

Acea. în circuit apar oscilații electrice cu o perioadă T; în prima jumătate a perioadei, curentul curge într-un sens, în a doua jumătate a perioadei - în sens opus.

Oscilațiile electrice din circuit sunt însoțite de transformări reciproce periodice ale energiilor câmpului electric al condensatorului și ale câmpului magnetic al bobinei de autoinducție, la fel cum oscilațiile mecanice ale unui pendul sunt însoțite de transformări reciproce ale potențialului și cineticului. energiile pendulului.

Perioada oscilațiilor e/m în circuit este determinată de formula Thomson

Unde L este inductanța circuitului, C este capacitatea acestuia. Oscilațiile din circuit sunt amortizate. Pentru a implementa oscilații continue, este necesar să se compenseze pierderile din circuit prin reîncărcarea condensatorului cu ajutorul unui dispozitiv c/i.

3. Un circuit oscilator deschis este un conductor drept cu un eclator în mijloc, care are o capacitate și inductanță mici.

În acest vibrator, câmpul electric alternativ nu a mai fost concentrat în interiorul condensatorului, ci a înconjurat vibratorul din exterior, ceea ce a crescut semnificativ intensitatea radiației electromagnetice.

Vibratorul Hertz este un dipol electric cu un moment variabil.

Radiația E/M a vibratorului deschis 1 este înregistrată folosind al doilea vibrator 3, care are aceeași frecvență de oscilație ca și vibratorul radiant, adică. acordat în rezonanță cu emițătorul și de aceea numit rezonator.

Când undele electromagnetice ajung la rezonator, în acesta apar oscilații electrice, însoțite de o scânteie care sare prin eclator.

Oscilațiile electromagnetice persistente sunt o sursă de radiație magnetică continuă.

4. Din teoria lui Maxwell rezultă că diverse unde electromagnetice, inclusiv unde luminoase, au o natură comună. În acest sens, este indicat să se reprezinte toate tipurile de unde electromagnetice sub forma unei singure scale.

Întreaga scară este împărțită condiționat în șase intervale: unde radio (lungi, medii și scurte), infraroșii, vizibile, ultraviolete, raze X și radiații gamma.

Undele radio sunt cauzate de curenții alternativi din conductori și fluxurile electronice.

Radiațiile infraroșii, vizibile și ultraviolete provin de la atomi, molecule și particule cu încărcare rapidă.

radiații cu raze X apare în timpul proceselor intra-atomice, radiațiile gamma sunt de origine nucleară.

Unele intervale se suprapun deoarece undele de aceeași lungime pot fi produse prin procese diferite. Deci, cea mai mare radiație ultravioletă cu unde scurte este blocată de razele X cu undă lungă.

În medicină, este acceptată următoarea împărțire condiționată a oscilațiilor electromagnetice în intervale de frecvență.

Adesea echipamentele electronice fizioterapeutice de joasă frecvență și audio se numesc de joasă frecvență. Echipamentele electronice ale tuturor celorlalte frecvențe se numesc conceptul generalizator de înaltă frecvență.

În cadrul acestor grupuri de dispozitive există și o clasificare internă în funcție de parametrii și scopul acestora.

5. Impactul asupra corpului uman de către un câmp magnetic alternant.

Curenții turbionari apar în corpuri conductoare masive într-un câmp magnetic alternativ. Acești curenți pot fi folosiți pentru a încălzi țesuturile și organele biologice. Această metodă se numește inductotermie.

Cu inductotermia, cantitatea de căldură eliberată în țesuturi este proporțională cu pătratele frecvenței și inducției câmpului magnetic alternativ și invers proporțională cu rezistivitatea. Prin urmare, țesuturile bogate în vase de sânge, cum ar fi mușchii, se vor încălzi mai puternic decât țesuturile cu grăsime.

Impact asupra variabilelor câmp electric

În țesuturi într-un câmp electric alternativ, apar curenți de deplasare și curenți de conducere. În acest scop se folosesc câmpuri electrice de ultra-înaltă frecvență, așa că metoda fizioterapeutică corespunzătoare se numește terapie UHF.

Cantitatea de căldură eliberată în organism poate fi exprimată după cum urmează:

(1)

Aici E este puterea câmpului electric

l - lungimea obiectului plasat în cutie

S - secțiunea sa

Rezistența lui

Rezistivitatea sa.

Împărțind ambele părți (1) la volumul Sl al corpului, obținem cantitatea de căldură degajată în 1 s în 1 m 3 de țesut:

Expunerea la unde electromagnetice

Utilizarea undelor electromagnetice în gama de microunde - terapia cu microunde (frecvență 2375 MHz, \u003d 12,6 cm) și terapie DCV (frecvență 460 MHz, \u003d 65,2 cm)

Undele E/m au un efect termic asupra obiectelor biologice. Unda E/M polarizează moleculele materiei și le reorientează periodic ca dipoli electrici. În plus, unda e/m afectează ionii sistemelor biologice și provoacă un curent de conducere alternativ.

Astfel, într-o substanță aflată într-un câmp electromagnetic, există atât curenți de deplasare, cât și curenți de conducere. Toate acestea duc la încălzirea substanței.

Curenții de deplasare datorați reorientării moleculelor de apă sunt de mare importanță. În acest sens, absorbția maximă a energiei cu microunde are loc în țesuturi precum mușchii și sângele, iar mai puțin în oase și sughițurile grase, acestea sunt mai mici și se încălzesc.

Undele electromagnetice pot afecta obiectele biologice prin ruperea legăturilor de hidrogen și afectând orientarea macromoleculelor de ADN și ARN.

Având în vedere compoziția complexă a țesuturilor, se consideră condiționat că în timpul terapiei cu microunde, adâncimea de penetrare a undelor electromagnetice este de 3-5 cm de la suprafață, iar cu terapia LCV, până la 9 cm.

Undele centimetrice e/m pătrund în mușchi, piele, fluide biologice până la 2 cm, în grăsime, oase - până la 10 cm.

Cele mai importante părți ale emițătoarelor radio și receptoarelor radio sunt circuitele oscilatorii în care sunt excitate oscilații electrice, adică curenți alternativi de înaltă frecvență.

Pentru o idee mai clară a funcționării circuitelor oscilatorii, să luăm în considerare mai întâi oscilațiile mecanice ale pendulului (Fig. 1).

Fig.1 - Oscilațiile pendulului

Dacă i se oferă o anumită cantitate de energie, de exemplu, dacă îl împingi sau îl iei deoparte și îi dai drumul, atunci el va oscila. Astfel de fluctuații apar fără participare forțe externe numai datorită aprovizionării inițiale cu energie și, prin urmare, sunt numite vibrații libere.

Mișcarea pendulului de la poziția 1 la poziția 2 și înapoi este o singură oscilație. Prima oscilație este urmată de a doua, apoi de a treia, de a patra și așa mai departe.

Cea mai mare abatere a pendulului de la poziția 0 se numește amplitudinea oscilației. Timpul unei oscilații complete se numește perioadă și este notat cu litera T. Numărul de oscilații într-o secundă este frecvența f. Perioada se măsoară în secunde, iar frecvența este în herți (Hz). Oscilațiile libere ale unui pendul au următoarele proprietăți:

unu). Sunt întotdeauna amortizate, adică. amplitudinea acestora scade (se estompează) treptat din cauza pierderilor de energie pentru a depăși rezistența aerului și frecarea în punctul de suspensie;

3). Frecvența oscilațiilor libere ale pendulului depinde de lungimea acestuia și nu depinde de amplitudine.Când oscilațiile sunt amortizate, amplitudinea scade, dar perioada și frecvența rămân neschimbate;

4). Amplitudinea oscilațiilor libere depinde de rezerva inițială de energie. Cu cât împingi pendulul mai mult sau îl deplasezi mai mult de poziția de echilibru, cu atât amplitudinea este mai mare.

Pe măsură ce pendulul oscilează, energia mecanică potențială se transformă în energie cinetică și invers. În poziţia 1 sau 2, pendulul se opreşte şi are cea mai mare energie potenţială, iar energia sa cinetică este zero. Pe măsură ce pendulul se deplasează în poziția 0, viteza de mișcare crește și energia cinetică - energia mișcării - crește. Cand pendulul trece prin pozitia 0, viteza si energia cinetica lui au o valoare maxima, iar energia potentiala este zero. În plus, viteza scade și energia cinetică este transformată în energie potențială. Dacă nu ar exista pierderi de energie, atunci o astfel de tranziție a energiei de la o stare la alta ar continua la nesfârșit și oscilațiile ar fi neatenuate. Cu toate acestea, aproape întotdeauna există pierderi de energie. Prin urmare, pentru a crea oscilații neamortizate, este necesar să se împingă pendulul, adică. adăugați-i periodic energie care compensează pierderile, așa cum se face, de exemplu, într-un mecanism de ceas.

Să ne întoarcem acum la studiul oscilațiilor electrice. Circuitul oscilator este un circuit închis format dintr-o bobină L și un condensator C. În diagramă (Fig. 2), un astfel de circuit este format în poziția 2 a comutatorului P. Fiecare circuit are și o rezistență activă, a cărei influență nu vom lua în considerare încă.

Fig. 2 - Schema de excitare a oscilaţiilor libere în circuit

Scopul circuitului oscilator este crearea de oscilații electrice.

Dacă un condensator încărcat este conectat la bobină, atunci descărcarea acestuia va avea un caracter oscilator. Pentru a încărca condensatorul, este necesar în circuit (Fig. 2) să puneți comutatorul P în poziția 1. Dacă apoi este transferat la contactul 2, condensatorul va începe să se descarce în bobină.

Este convenabil să urmăriți procesul de oscilație folosind un grafic care arată modificările tensiunii și curentului i (Fig. 3).

Fig.3 - Procesul oscilațiilor electrice libere în circuit

La început, condensatorul este încărcat la cea mai mare diferență de potențial Um, iar curentul I este zero. De îndată ce condensatorul începe să se descarce, apare un curent care crește treptat.Pe (Fig. 3) direcția de mișcare a ejectronilor acestui curent este indicată de săgeți. O schimbare rapidă a curentului este împiedicată de f.e.m. de auto-inducție a bobinei. Pe măsură ce curentul crește, tensiunea pe condensator scade, la un moment dat (momentul 1 din Fig. 3) condensatorul este complet descărcat. Curentul va reveni la starea inițială a circuitului (momentul 4 din fig. 3).

Electronii din circuitul oscilator au făcut o oscilație completă, a cărei perioadă este prezentată în (Fig. 3) prin litera T. Această oscilație este urmată de a doua, a treia etc.

În circuit apar oscilații electrice libere. Sunt realizate independent, fără influența vreunei feme exterioare, doar datorită încărcării inițiale a condensatorului.

Aceste oscilații sunt armonice, adică reprezintă un curent alternativ sinusoidal.
În procesul de oscilație, electronii nu se mișcă de la o placă a condensatorului la alta. Deși viteza de propagare a curentului este foarte mare (aproape de 300.000 km/s), electronii se mișcă în conductori cu o viteză foarte mică - fracțiuni de centimetru pe secundă. În timpul unei jumătate de ciclu, electronii pot trece doar pe o mică secțiune a firului. Ei părăsesc placa cu sarcină negativă în cea mai apropiată secțiune a firului de conectare și același număr de electroni vin pe cealaltă placă din secțiunea firului cea mai apropiată de această placă. Astfel, în firele circuitului are loc doar o mică deplasare a electronilor.

Un condensator încărcat are un depozit de energie electrică potențială concentrată într-un câmp electric între plăci. Mișcarea electronilor este însoțită de apariția unui câmp magnetic. Prin urmare, energia cinetică a electronilor în mișcare este energia câmpului magnetic.

Oscilația electrică în circuit este o tranziție periodică a energiei potențiale a câmpului electric în energie kinetică câmp magnetic și invers.

În momentul inițial, toată energia este concentrată în câmpul electric al unui condensator încărcat. Când condensatorul este descărcat, energia acestuia scade și energia câmpului magnetic al bobinei crește. La curent maxim, toată energia circuitului este concentrată în câmpul magnetic.

Apoi procesul merge în ordine inversă: energia magnetică scade și apare energia câmpului electric. La o jumătate de perioadă după începerea oscilațiilor, toată energia va fi din nou concentrată în condensator, iar apoi va începe din nou tranziția energiei câmpului electric în energia câmpului magnetic etc.

Curentul maxim (sau energia magnetică) corespunde tensiunii zero (sau energiei electrice zero) și invers, adică defazajul dintre tensiune și curent este egal cu un sfert din perioadă, sau 90 °. În primul și al treilea trimestru al perioadei, condensatorul joacă rolul unui generator, iar bobina este un receptor de energie. În al doilea și al patrulea trimestru, dimpotrivă, bobina funcționează ca un generator, redând energie condensatorului.

O caracteristică a circuitului este egalitatea rezistenței inductive a bobinei și a capacității condensatorului pentru curentul de oscilații libere. Aceasta rezultă din cele ce urmează.

Vibrații electromagnetice

Oscilațiile electromagnetice pot fi descrise ca oscilații transversale cu autopropagare ale câmpurilor electrice și magnetice. Figura prezintă o undă polarizată plană care se propagă de la dreapta la stânga. Fluctuațiile câmpului electric sunt afișate în plan vertical, iar fluctuațiile câmpului magnetic - în plan orizontal.

Vibrații electromagnetice se numesc modificări periodice ale intensității E și inducției B.

Vibrațiile electromagnetice sunt undele radio, microunde, radiații infraroșii, lumina vizibilă, radiații ultraviolete, raze X, raze gamma.

Derivarea formulei

Undele electromagnetice ca fenomen universal au fost prezise de legile clasice ale electricității și magnetismului cunoscute sub numele de ecuațiile lui Maxwell. Dacă te uiți îndeaproape la ecuația lui Maxwell în absența surselor (încărcări sau curenți), vei descoperi că, alături de posibilitatea ca nimic să nu se întâmple, teoria permite și soluții non-triviale pentru modificarea câmpurilor electrice și magnetice. Să începem cu ecuațiile lui Maxwell pentru vid:

unde este un operator diferenţial vectorial (nabla).

Una dintre soluții

,

Cel mai simplu.

Pentru a găsi o altă soluție, mai interesantă, folosim identitatea vectorială, care este valabilă pentru orice vector, sub forma:

Pentru a vedea cum îl putem folosi, să luăm operația de turbion din expresia (2):

Partea stângă este echivalentă cu:

unde simplificăm folosind ecuația (1) de mai sus.

Partea dreaptă este echivalentă cu:

Ecuațiile (6) și (7) sunt egale, astfel încât acestea rezultă într-o ecuație diferențială cu valoare vectorială pentru un câmp electric, și anume

Aceste ecuatii diferentiale sunt echivalente cu ecuația de undă:

Unde c 0 - viteza undei în vid; f- descrie deplasarea.

Sau chiar mai ușor:

unde este operatorul d'Alembert:

Rețineți că, în cazul câmpurilor electrice și magnetice, viteza este:

Care, după cum se dovedește, este viteza luminii în vid. Ecuațiile lui Maxwell au combinat permitivitatea vidului ε 0 , permeabilitatea magnetică a vidului μ 0 și direct viteza luminii c 0 . Înainte de această concluzie, nu se știa că există o relație atât de strictă între lumină, electricitate și magnetism.

Dar există doar două ecuații și am început cu patru, așa că există și mai multe informații despre undele ascunse în ecuațiile lui Maxwell. Să ne uităm la o undă vectorială tipică pentru un câmp electric.

Aici, este o amplitudine constantă a oscilației, este orice funcție diferențiabilă instantanee, este un vector unitar în direcția de propagare și i este un vector cu rază. Observăm că - decizie comună ecuația de undă. Cu alte cuvinte

,

pentru o undă tipică care se propagă în direcție.

Această formă va satisface ecuația de undă, dar va satisface toate ecuațiile lui Maxwell și la ce corespunde câmpul magnetic?

Prima ecuație a lui Maxwell implică faptul că câmpul electric este ortogonal (perpendicular) pe direcția de propagare a undei.

A doua ecuație a lui Maxwell generează un câmp magnetic. Ecuațiile rămase vor fi satisfăcute alegând .

Undele de câmp electric și magnetic nu numai că se propagă cu viteza luminii, dar au o orientare limitată și o magnitudine proporțională, care poate fi văzută imediat din vectorul Poynting. Câmpul electric, câmpul magnetic și direcția de propagare a undelor sunt toate ortogonale, iar propagarea undelor este în aceeași direcție cu vectorul .

Din punctul de vedere al unei unde electromagnetice care se deplasează în linie dreaptă, câmpul electric poate oscila în sus și în jos, în timp ce câmpul magnetic poate oscila în dreapta și în stânga, dar această imagine poate alterna între câmpul electric care oscilează în dreapta și în stânga și cel magnetic. câmp oscilând în sus și în jos.jos. Acest arbitrar în orientare cu o preferință pentru direcția de propagare este cunoscut sub numele de polarizare.

Vezi si

Fundația Wikimedia. 2010 .

• Lon Chaney Jr.
• Kramer, Joseph

Vedeți ce înseamnă „Oscilații electromagnetice” în alte dicționare:

OSCILAȚII ELECTROMAGNETICE- fluctuații interconectate ale energiei electrice. (E) și magn. (H) câmpuri care alcătuiesc un singur e-mail. magn. camp. Distribuţia lui E. la. se produce sub forma el. magn. valuri. E. to. reprezintă un set discret de fotoni și numai cu un număr foarte mare ... ... Enciclopedia fizică

OSCILAȚII ELECTROMAGNETICE- fluctuații interconectate ale energiei electrice. (E) și magn. (H) câmpuri care alcătuiesc un singur câmp electromagnetic. Distribuția lui E. la. are loc sub formă de unde electromagnetice. Electronii sunt o colecție de fotoni și numai cu un număr foarte mare ...... Enciclopedia fizică

oscilații electromagnetice- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. Dicționar englez rus de inginerie electrică și inginerie energetică, Moscova, 1999] Subiecte de inginerie electrică, concepte de bază ale oscilațiilor electromagnetice EN ... Manualul Traducătorului Tehnic

oscilații electromagnetice- elektromagnetiniai virpesiai statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. oscilații electromagnetice vok. elektromagnetische Schwingungen, f rus. oscilaţii electromagnetice, n pranc. oscilații electromagnétiques, f … Fizikos terminų žodynas

Vibrații electromagnetice- fluctuații interconectate ale câmpurilor electrice (E) și magnetice (H) care alcătuiesc un singur câmp electromagnetic. Propagarea E. to. are loc sub formă de unde electromagnetice (vezi. Unde electromagnetice), a căror viteză în vid este egală cu ... ...

UNDELE ELECTROMAGNETICE- oscilații electromagnetice care se propagă în dreapta cu o viteză finită. Existenţa lui E. în. engleza a fost prezis fizicianul M. Faraday în 1832. engleză. fizicianul J. Maxwell în 1865 a arătat teoretic că el. magn. fluctuațiile se propagă în ...... Enciclopedia fizică

Undele electromagnetice- Oscilații electromagnetice care se propagă în spațiu cu o viteză finită. Existenţa lui E. în. a fost prezis de M. Faraday (Vezi Faraday) în 1832. J. Maxwell a arătat teoretic în 1865 că oscilațiile electromagnetice nu ... ... Marea Enciclopedie Sovietică

UNDELE ELECTROMAGNETICE- oscilaţii electromagnetice care se propagă în spaţiu cu o viteză finită. Existenţa lui E. în. a fost prezis de M. Faraday (M. Faraday) în 1832. J. Maxwell (J. Maxwell) în 1865 a arătat teoretic acel e-mail. magn. fluctuatii ...... Enciclopedia fizică

VASCULAREA- mişcări (schimbări de stare) care au un anumit grad de repetabilitate. Cele mai frecvente sunt: ​​1) vibrații mecanice: vibrații ale unui pendul, ale unei poduri, ale unei nave pe un val, corzi, fluctuații ale densității și ale presiunii aerului în timpul propagării ... ... Dicţionar enciclopedic mare

undele electromagnetice- câmp electromagnetic care se propagă în spațiu cu o viteză finită, în funcție de proprietățile mediului. În vid, viteza de propagare a undei electromagnetice este de c≈300.000 km/s (vezi Viteza luminii). În medii izotrope omogene, direcții ...... Dicţionar enciclopedic