Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 29. Электрический резонанс
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 29. Электрический резонанс. Мы убедились в совпадении
законов свободных механических и электрических колебаний. Но столь же полное сходство законов имеется и в случае в ы- н у ж д е н н ы х колебаний, вызываемых действием внешней пе- риодической силы. В случае электрических колебаний роль силы играет, как мы видели в предыдущем параграфе, э л е к т р о- д в и ж у щ а я с и л а (сокращенно э.д.с.). Просмотрите вновь § 12, где мы описали вынужденные колебания, § 13, в котором говорится о явлении резонанса, и § 14, в котором рассмотрено влияние затухания на резонансные явления в колебательной системе. Все сказанное там о м е х а н и ч е с к и х вынужден- ных колебаниях целиком относится и к э л е к т р и ч е с к и м. И здесь частота вынужденных колебаний в колебательном конту- ре равна частоте действующей в этом контуре э.д.с. Амплитуда 74 Гл. III. Электрические колебания вынужденных колебаний тем больше, чем ближе частота э.д.с. к частоте свободных колебаний в контуре. При совпадении этих частот амплитуда становится наибольшей, получается э л е к- т р и ч е с к и й р е з о н а н с: ток в контуре и напряжение на его конденсаторе могут очень сильно превышать те, которые получаются при отстройке, т. е. вдали от резонанса. Резонансные явления выражены тем сильнее и резче, чем меньше сопротив- ление контура, которое, таким образом, и здесь играет такую же роль, как трение в механической системе. Все эти явления легко наблюдать, использовав для получения гармонической э.д.с. городской переменный ток и построив коле- бательный контур, собственную частоту которого можно менять в обе стороны от частоты тока (50 Гц). Чтобы избежать при этом высоких резонансных напряжений в контуре, которые (при напряжении в городской сети 220 В) могут достичь нескольких киловольт, следует воспользоваться понижающим трансформа- тором.
На рис. 53 показано расположение приборов и электрическая схема опыта (обозначения на рисунке и на схеме одинаковые). Рис. 53. Получение электрического резонанса на частоту городского тока: 1 — трансформатор, понижающий напряжение, например с 220 до 6 В, 2 — конденсатор емкости C =
1,2 мкФ, 3 — дроссель, индуктив- ность которого L 1
7,5 Гн, а сопротивление обмотки равно 80 Ом, 4 — дроссель с переменным воздушным зазором, индуктивность которого L 2
8,3 Гн при ширине зазора 2–3 мм и изменяется при изменении ширины зазора на 15–20 % в обе стороны от указанного (резонансного) значения В схему включены понижающий трансформатор 1, конденсатор 2, дроссели 3 и 4, представляющие собой катушки индуктив- ности с ж е л е з н ы м и с е р д е ч н и к а м и, которые нужны Гл. III. Электрические колебания 75 для получения требуемой большой индуктивности. Для удобства настройки контура индуктивность его составлена из индуктив- ностей двух отдельных катушек. Настройка осуществляется тем, что у одного из дросселей (4) сердечник имеет воздушный зазор, ширину которого можно плавно менять в пределах 2–4 мм, меняя тем самым общую индуктивность. Чем шире зазор, тем меньше индуктивность. В подписи к рис. 53 указаны примерные значения всех величин. Напряжение на конденсаторе измеряется вольтметром переменного тока V , а амперметр переменного то- ка A позволяет следить за током в контуре. Опыт показывает следующее: при малой индуктивности кон- тура напряжение на конденсаторе составляет немногим более, чем наводимая в контуре э.д.с., т. е. несколько вольт. Увеличивая индуктивность, мы увидим, что напряжение растет; это нараста- ние становится все более и более резким по мере приближения к резонансному значению индуктивности. При тех числовых дан- ных, которые указаны в подписи к рис. 53, напряжение подни- мается выше 60 В. При дальнейшем увеличении индуктивности напряжение вновь падает. Ток в контуре изменяется пропорци- онально напряжению на конденсаторе и при резонансе может дойти до 20 мА. Этот опыт соответствует механическому опыту с грузом на пружине, который был описан в § 12. Там нам было удобней менять частоту действующей силы, здесь же мы проходим через резонансную настройку, меняя собственную частоту колебатель- ной системы — нашего контура. Сущность явления резонанса от этого не меняется. Роль электрического резонанса в технике огромна. Приведем лишь один пример. По существу на резонансе основана техника радиоприема. Многочисленные радиостанции излучают электро- магнитные волны, которые наводят в антенне радиоприемника переменные э.д.с. (электрические колебания), причем каждая радиостанция наводит колебания своей определенной частоты. Если бы мы не умели выделить из этой сложнейшей смеси коле- баний колебания, наводимые интересующей нас радиостанцией, то никакой радиоприем не был бы возможен. Здесь и приходит на помощь электрический резонанс. Мы соединяем с антенной колебательный контур, например через индуктивность, как показано на рис. 54. Емкость конденсатора можно плавно изменять, меняя тем самым собственную частоту контура. Если мы настроим кон- тур на желательную частоту, например ν 1 , то э.д.с. с часто- той ν 1 вызовет в контуре сильные вынужденные колебания, а все 76 Гл. III. Электрические колебания остальные э.д.с. — слабые. Следовательно, резонанс позволяет по желанию настраивать приемник на частоту выбранной станции. Рис. 54. Резонанс позволяет настраиваться на желаемую станцию и от- страиваться от всех остальных. Стрелка на конденсаторе указывает на то, что емкость конденсатора можно менять Разумеется, в электротехнике, как и в машиностроении, ре- зонанс может явиться величайшим злом там, где его не должно быть. Если электрическая цепь рассчитана на работу в отсут- ствие резонанса, то возникновение резонанса вызовет аварию: провода раскалятся от чрезмерно сильных токов, изоляция будет пробита из-за высоких резонансных напряжений, и т. п. В про- шлом веке, когда электрические колебания были еще недоста- точно изучены, такие аварии случались. Теперь же мы умеем в зависимости от условий либо использовать резонанс, либо устранять его. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|