Из курса физики 11 класса известно, что электромагнитные колебания — это периодические изменения двух электрических параметров системы: тока и напряжения. Они бывают свободными и вынужденными. Поговорим кратко о свободных и вынужденных электромагнитных колебаниях.
Больше всего информации о колебаниях содержится в графике. По оси ординат откладывается изменяющийся параметр, по оси абсцисс — время. По графику можно видеть частоту, амплитуду и форму колебаний.
Такой график получают с помощью специального прибора, называемого осциллографом. Осциллограф подключается к исследуемой цепи и на экране рисует график напряжения. При этом бывают многолучевые осциллографы, которые позволяют строить несколько графиков сразу:
Вынужденные и свободные колебания
Колебания яркости свечения гирлянды, о которых сказано выше, — это вынужденные колебания.
Вынужденные колебания — это колебания, совершаемые под действием внешней силы.
В случае с гирляндой в ее цепи имеется специальное устройство, которое создает колебания напряжения, подаваемые на гирлянду. Особенность вынужденных колебаний состоит в том, что они прекращаются немедленно после прекращения внешнего воздействия на систему. Действительно, если выключить мигающую гирлянду из сети, она немедленно потухнет, колебания в ней прекратятся.
Однако существует и другой вид колебаний — свободные колебания.
Свободные колебания — это колебания, которые совершаются под действием внутренних сил системы.
Для существования свободных колебаний система должна отвечать нескольким требованиям. В частности, в ней должны возникать силы, стремящиеся вернуть ее в среднее состояние, и должна быть некоторая инертность.
Колебательный контур
Простейшая электрическая система, в которой могут существовать свободные электромагнитные колебания, — это колебательный контур.
Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и емкости, соединенных параллельно.
И катушка индуктивности, и конденсатор способны накапливать энергию, а потом возвращать ее в цепь. Поэтому если в контуре возникает напряжение, в нём сразу же возникают свободные электромагнитные колебания. Говоря кратко, энергия периодически перетекает от катушки к конденсатору и обратно. Поскольку реальные элементы обладают активным сопротивлением, энергия колебаний выделяется на нём, превращаясь во внутреннюю энергию вещества. Однако происходит это не сразу: напряжение и ток в контуре успевают много раз изменить свое значение, совершая колебания под действием внутренних сил. То есть такие колебания являются свободными затухающими колебаниями.
Что мы узнали?
Свободные и вынужденные электромагнитные колебания — это периодические изменения напряжения и тока в системе около некоторого среднего значения. Вынужденные колебания совершаются в системе под действием внешних сил. Свободные колебания совершаются под действием только внутренних сил системы. Простейшей системой, где могут существовать свободные электромагнитные колебания, является колебательный контур.
