Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace."— Transkript prezentace:

1 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ F24 – ELEKTROMAGNETICKÉ KMITÁNÍ A VLNĚNÍ SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Mgr. Alexandra Bouchalová

2 Obsah Elektromagnetický oscilátor (ELMO) Perioda kmitání ELMO Nucené kmitání ELMO Sériový a paralelní kmitavý obvod Rezonanční křivka Vznik elektromagnetického vlnění Elektromagnetická vlna Elmag kmitání a vlnění 2

3 Elektromagnetické kmitání Elmag kmitání a vlnění 3 V energetice jsou zdrojem střídavých napětí o nízké frekvenci 50 Hz alternátory. Zdroji střídavých napětí jiných frekvencí jsou různé druhy elektromagnetických oscilátorů. Elektromagnetické kmitání

4 Elektromagnetický oscilátor – ELMO Elmag kmitání a vlnění 4 ELMO je obvod, ve kterém se periodicky mění energie pole elektrického v energii pole magnetického a naopak. Nejjednodušším elektromagnetickým oscilátorem je obvod LC nebo-li oscilační obvod. L C L, C – parametry oscilátoru

5 Elektromagnetický oscilátor Elmag kmitání a vlnění 5 Kondenzátor se nabíjí. Vybíjecí proud vytváří v cívce magnetické pole. Kondenzátor se přes cívku vybíjí. I Kondenzátor se vybije a slábne MP cívky.

6 Elektromagnetický oscilátor Elmag kmitání a vlnění 6 Změna MO cívky indukuje v cívce napětí. Obvodem protéká indukovaný proud. Kondenzátor se nabíjí s opačnou polaritou. MP cívky zcela zmizí. I

7 Elektromagnetický oscilátor Elmag kmitání a vlnění 7 Celý proces se periodicky opakuje. Kondenzátor se opět vybije. I Energie elektrického kondenzátoru se periodicky mění na energii magnetického pole cívky a naopak.

8 Elektromagnetický oscilátor Elmag kmitání a vlnění 8 I I 0 u, i t T u i

9 Perioda kmitání Elmag kmitání a vlnění 9 Thomsonův vztah pro periodu vlastního kmitání Perioda, popř. frekvence vlastního kmitání oscilačního obvodu, jehož odpor můžeme zanedbat, závisí pouze na jeho parametrech – L a C. L C I

10 Perioda kmitání Elmag kmitání a vlnění 10 u = U m cos  0 t i = I m cos (  0 t −  /2) = I m sin  0 t Počáteční napětí kondenzátoru nemá vliv na periodu kmitání, ale ovlivňuje amplitudu U m elektromagnetického kmitání obvodu. Uvedené vztahy platí pouze pro ideální případ = odpor oscilátoru je zanedbatelný kmitání je harmonické.

11 Mechanický a elektromagnetický oscilátor Elmag kmitání a vlnění 11 Mechanický Elektromagnetický okamžitá výchylka yokamžitý náboj q rychlost vproud i energie potenciální energie kinetická síla F hmotnost m indukčnost L el. napětí u energie elektrická energie magnetická

12 Tlumené kmitání Elmag kmitání a vlnění 12 Elektromagnetické kmitání oscilačního obvodu je tlumené. Příčinou jsou především tepelné ztráty na činném odporu vinutí cívky.

13 Tlumené kmitání Elmag kmitání a vlnění 13 Skutečný oscilátor má nezanedbatelný odpor a kmitání oscilátoru je tlumené a tedy neharmonické.  – součinitel tlumení  = R/2L Vlivem tlumení se kmitočet zmenšuje perioda se zvětšuje.  0 <   0 2 >>  2 oscilátor nekmitá téměř harmonické kmitání

14 Nucené kmitání Elmag kmitání a vlnění 14 Připojíme-li oscilátor ke zdroji harmonického napětí, vzniká nucené kmitání, které je netlumené. L C ~

15 Nucené kmitání Elmag kmitání a vlnění 15 Připojíme-li oscilátor ke zdroji harmonického napětí, vzniká nucené kmitání, které je netlumené. u i t

16 Nucené kmitání Elmag kmitání a vlnění 16 Je-li kmitavý obvod buzen kmitočtem  shodným s vlastním kmitočtem obvodu  0, nastává rezonance ELMO. Kmitočet vlastních kmitů kmitavého obvodu pak nazýváme rezonanční kmitočet obvodu  r. Je-li kmitavý obvod buzen kmitočtem, který se liší od vlastního kmitočtu  0 obvodu, bude oscilátor kmitat s kmitočtem  připojeného zdroje. rezonance oscilátor kmitá s kmitočtem  u = U m sin  t  =  0

17 Rezonanční křivka Elmag kmitání a vlnění 17 Je-li frekvence nuceného kmitání rovna vlastní frekvenci oscilačního obvodu (  =  0 ), nastává rezonance elektromagnetického obvodu.  UmUm 0 00 malé tlumení větší tlumení rezonanční amplituda – rezonanční kmitočet

18 Rezonanční obvody – sériový kmitavý obvod Elmag kmitání a vlnění 18 Cívka a kondenzátor jsou řazeny sériově. C L RsRs I U UCUC UCUC UwUw Náhradní zapojení sériového kmitavého obvodu Sériovým obvodem prochází při rezonančním kmitočtu největší proud. Sériový kmitavý obvod má při rezonanci nejmenší odpor. Sériový kmitavý obvod se při rezonanci projevuje jako činný odpor R r (rezonanční). Při rezonanci jsou napětí na cívce i kondenzátoru stejně velká.

19 Rezonanční obvody – sériový kmitavý obvod Elmag kmitání a vlnění 19 Skutečná cívka se v sériovém rezonančním obvodu chová jako sériové spojení ideální cívky a rezistoru. C L RVRV I U UCUC UCUC UwUw Náhradní zapojení sériového kitavého obvodu UCUC URUR ULUL I U Z fázorového diagramu plyne: 2

20 Rezonanční obvody – sériový kmitavý obvod Elmag kmitání a vlnění 20 Odvoďte vztah pro celkovou impedanci sériového rezonančního obvodu. Odvoďte vztah pro frekvenci f r, při které nastává sériová rezonance.

21 Rezonanční obvody – paralelní kmitavý obvod Elmag kmitání a vlnění 21 Cívka a kondenzátor jsou řazeny paralelně. I Náhradní zapojení paralelního kmitavého obvodu Napětí je na všech prvcích stejné. Při paralelní rezonanci je celková impedance největší. C LpLp RpRp U ILIL IRIR ICIC ICIC IRIR ILIL U I V cívce a kondenzátoru dochází k výraznému zvětšení proudu.

22 Rezonanční obvody – opakování Elmag kmitání a vlnění 22 Kterými konstrukčními prvky je tvořen kmitavý obvod? Co je myšleno rezonancí kmitavého obvodu? Za jakých podmínek obvod rezonuje? Podle jakého vztahu se vypočítá rezonanční frekvence paralelního kmitavého obvodu? V jakém kmitavém obvodu dochází k převýšení vnitřního výměnného proudu nad celkovým proudem, dílčích napětí nad celkovým napětím? Jakým zapojením lze nahradit paralelní kmitavý obvod pracujícím pod rezonančním kmitočtem? Uveďte příklady praktického užití rezonance elektromagnetického oscilátoru.

23 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 23 Elektromagnetický oscilátor je zdrojem elektromagnetického vlnění. Při kmitání oscilátoru dochází k přeměnám energie, která se však nepřenáší do okolí oscilátoru. K přenosu elektromagnetického vlnění může sloužit dvouvodičové vedení spojující vysokofrekvenční zdroj střídavého napětí a spotřebič. Poznámka: Změny napětí na začátku vedení se na jeho konci projeví s určitým časovým odstupem. Jako elektromagnetické vlnění označujeme každý děj v proměnném elektromagnetickém poli, jehož změny se šíří prostorem.

24 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 24 ~ ~ ~ R dvouvodičové vedení vysokofrekvenční zdroj vysokofrekvenční zdroj spotřebič

25 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 25 Dvouvodičové vedení si můžeme představit jako řadu navzájem spojených obvodů LC. ~ ~ ~ R R L C Indukčnost představují jednotlivé části vodiče a kapacita je dána jejich vzájemnou vzdáleností Vynutíme-li v prvním elementárním oscilačním obvodu kmitání, rozkmitají se postupně další elementární obvody.

26 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 26 ~ ~ ~ R M u x Při vysoké frekvenci zdroje napětí je mezi vodiči napětí, jehož okamžitá hodnota závisí nejen na čase, ale i na vzdálenosti od zdroje.

27 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 27 ~ ~ ~ R M u x x

28 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 28 Za periodu T, se kterou oscilátor kmitá, dospěje elektromagnetické vlnění do vzdálenosti = vlnová délka. Dvouvodičovým vedením se šíří postupné elektromagnetické vlnění, popsané rovnicí x u

29 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 29 Rychlost elektromagnetického vlnění ve vakuu c = 2, m. s -1 c m. s -1   J. C. Maxwell,19. století: elektromagnetický rozruch se šíří stejnou rychlostí jako světlo. J. C. Maxwell,19. století: elektromagnetický rozruch se šíří stejnou rychlostí jako světlo.

30 Elektromagnetické vlnění Elmag kmitání a vlnění 30 Pokuste se vysvětlit, proč při frekvenci 50 Hz (tedy při nízké frekvenci) je mezi vodiči vedení od zdroje ke spotřebiči všude stejné napětí a proč při vysokých frekvencích tomu tak není. Zaměřte se na vlnovou délku vzniklého děje a porovnejte s rozměry soustavy. Jak byste zobecnili vlastnosti soustavy, u které má dojít k přenosu elektromagnetického vlnění.

31 Elektromagnetická vlna Elmag kmitání a vlnění 31 Je-li mezi vodiči dvouvodičového vedení napětí odpovídající rovnici, vzniká mezi vodiči elektrické pole s proměnnou elektrickou intenzitou E a kolem vodičů magnetické pole s proměnnou magnetickou indukcí B. ~ ~ ~

32 Elektromagnetická vlna Elmag kmitání a vlnění 32 ~ ~ ~ E B 0 y z x

33 Elektromagnetická vlna Elmag kmitání a vlnění 33 Elektromagnetická vlna 1 z y x c E B Elektromagnetické pole mezi vodiči charakterizují vektory elektrické intenzity E a magnetické indukce B.

34 Elektromagnetická vlna Elmag kmitání a vlnění 34 Při přenosu elektromagnetické energie dvouvodičovým vedením vzniká v prostoru mezi vodiči časově proměnné pole. Toto pole má dvě složky: elektrickou a magnetickou a nazývá se elektromagnetické. Energie není přenášena samotnými vodiči, ale elektromagnetickým polem mezi nimi. Tento děj má ráz vlnění. Energie není přenášena samotnými vodiči, ale elektromagnetickým polem mezi nimi. Tento děj má ráz vlnění.

35 Použitá literatura Literatura LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, ISBN TKOTZ,K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, ISBN HALLIDAY,D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, ISBN Obrázky [1] KULHÁNEK, Petr. Honba za axiomy. Aldebaran Bulletin [online] [cit ]. Dostupné z: Elmag kmitání a vlnění

36 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA


Stáhnout ppt "Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace."

Podobné prezentace


Reklamy Google