-->
Ôîðìóëà Òîìñîíà. Ôèçèêà 11 êë. Ìÿêèøåâ
< !-- ot vovana -->
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Êîëåáàíèÿ è âîëíû. Ôèçèêà 11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 2. Ýëåêòðè÷åñêèå êîëåáàíèÿ

 


§ 2.3. Ôîðìóëà Òîìñîíà

Ïåðåéäåì òåïåðü ê êîëè÷åñòâåííîé òåîðèè ïðîöåññîâ â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðå.

Ôîðìóëà Òîìñîíà

Íàøà çàäà÷à â ïåðâóþ î÷åðåäü áóäåò çàêëþ÷àòüñÿ â îïðåäåëåíèè ïåðèîäà (èëè ÷àñòîòû) ñâîáîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ êîëåáàíèé. Ïðàâäà, îñíîâûâàÿñü íà àíàëîãèè ìåæäó ñâîáîäíûìè ìåõàíè÷åñêèìè è ñâîáîäíûìè ýëåêòðè÷åñêèìè êîëåáàíèÿìè, ìîæíî ñðàçó çàïèñàòü âûðàæåíèÿ äëÿ ÷àñòîòû è ïåðèîäà ñâîáîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ êîëåáàíèé. Äåéñòâèòåëüíî, òàê êàê â ôîðìóëå äëÿ öèêëè÷åñêîé ÷àñòîòû ñâîáîäíûõ êîëåáàíèé øàðèêà íà ïðóæèíå âåëè÷èíà k àíàëîãè÷íà à m — èíäóêòèâíîñòè L, òî ÷àñòîòà ñâîáîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ êîëåáàíèé äîëæíà áûòü ðàâíà:

Äëÿ ïåðèîäà ñâîáîäíûõ êîëåáàíèé ìîæíî çàïèñàòü:

Ôîðìóëà Òîìñîíà

Ôîðìóëà (2.3.2) íàçûâàåòñÿ ôîðìóëîé Òîìñîíà â ÷åñòü àíãëèéñêîãî ôèçèêà, êîòîðûé åå âïåðâûå âûâåë.

Ïîëó÷åííûå íàìè ðåçóëüòàòû ïðàâèëüíû. Îäíàêî âñå æå ñ÷èòàòü èõ äîñòàòî÷íî ñòðîãî äîêàçàííûìè íåëüçÿ. Íåîáõîäèìî ïîêàçàòü, ÷òî óðàâíåíèå, îïèñûâàþùåå ýëåêòðè÷åñêèå êîëåáàíèÿ â êîíòóðå, â ìàòåìàòè÷åñêîì îòíîøåíèè íå îòëè÷àåòñÿ îò óðàâíåíèÿ, îïèñûâàþùåãî ñâîáîäíûå ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ. Ëèøü ïîñëå ýòîãî ìû ñ ïîëíîé óâåðåííîñòüþ ñìîæåì óòâåðæäàòü, ÷òî ìåõàíè÷åñêèå è ýëåêòðè÷åñêèå êîëåáàíèÿ óïðàâëÿþòñÿ îäíèìè è òåìè æå êîëè÷åñòâåííûìè çàêîíàìè. À ýòî è åñòü ñàìîå âàæíîå.

Óðàâíåíèå, îïèñûâàþùåå ïðîöåññû â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðå

Îñíîâíîå óðàâíåíèå äëÿ ïðîöåññîâ â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðå ìîæíî çàïèñàòü, èñïîëüçóÿ çàêîí Îìà â äèôôåðåíöèàëüíîé ôîðìå:

ïëîòíîñòü òîêà

Çäåñü — ïëîòíîñòü òîêà, γ — óäåëüíàÿ ïðîâîäèìîñòü, — íàïðÿæåííîñòü ïîòåíöèàëüíîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ â ïðîâîäíèêå, ñîçäàííîãî ïîâåðõíîñòíûìè çàðÿäàìè, ñò — íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ ñòîðîííèõ ñèë.  ñëó÷àå êîëåáàòåëüíîãî êîíòóðà áåç èñòî÷íèêîâ òîêà ñò — ýòî íàïðÿæåííîñòü âèõðåâîãî (íåïîòåíöèàëüíîãî) ïîëÿ.

êîëåáàòåëüíûé êîíòóð

Ðàññìîòðèì êîëåáàòåëüíûé êîíòóð, ñîäåðæàùèé âñå òðè îñíîâíûõ ýëåìåíòà: êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ Ñ, êàòóøêó èíäóêòèâíîñòüþ L è ðåçèñòîð ñîïðîòèâëåíèåì R (ðèñ. 2.7). Ñîïðîòèâëåíèåì êàòóøêè, ïëàñòèí êîíäåíñàòîðà è ñîåäèíèòåëüíûõ ïðîâîäîâ ïðåíåáðåæåì. Âåñü êîíòóð ìåæäó òî÷êàìè 1 è 2 ðàçîáüåì íà ìàëûå ýëåìåíòû Ïîëîæèòåëüíîå íàïðàâëåíèå îáõîäà êîíòóðà âûáåðåì ïî ÷àñîâîé ñòðåëêå. Çàïèøåì óðàâíåíèå (2.3.3) äëÿ êàæäîãî ýëåìåíòà è óìíîæåíèåì îáåèõ ÷àñòåé íà ïðèâåäåì åãî ê âèäó:

Òåïåðü ïðîñóììèðóåì óðàâíåíèÿ (2.3.4), çàïèñàííûå äëÿ âñåõ ýëåìåíòîâ êîíòóðà ìåæäó òî÷êàìè 1 è 2:

Âûÿñíèì ôèçè÷åñêèé ñìûñë êàæäîãî èç ÷ëåíîâ óðàâíåíèÿ (2.3.5). Ðàññìîòðèì ñóììó â ëåâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ. Äëÿ âñåé öåïè, êðîìå ðåçèñòîðà, óäåëüíàÿ ïðîâîäèìîñòü áåñêîíå÷íà, òàê êàê ìû ñîïðîòèâëåíèå ýòîé ÷àñòè öåïè ïîëàãàåì ïðåíåáðåæèìî ìàëûì. Äàëåå, áóäåì ñ÷èòàòü ðåçèñòîð ñîñòîÿùèì èç òîíêîé ïðîâîëîêè ïîñòîÿííîãî ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïëîùàäüþ S è ïîñòîÿííîé óäåëüíîé ïðîâîäèìîñòè γ. Òîãäà ïëîòíîñòü òîêà áóäåò íàïðàâëåíà ïî è ïðèáëèçèòåëüíî ïîñòîÿííà ïî ñå÷åíèþ. Ïîýòîìó ìîæíî ïðèíÿòü, ÷òî

ãäå i — ñèëà òîêà â öåïè.

Ïðè ýòèõ ïðåäïîëîæåíèÿõ

ãäå l — äëèíà ïðîâîëîêè ðåçèñòîðà.

Âåëè÷èíà

åñòü íå ÷òî èíîå, êàê ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà.

Ðàññìîòðèì ïåðâûé ÷ëåí ïðàâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ (2.3.5). Îí ÷èñëåííî ðàâåí ðàáîòå êóëîíîâñêîãî ïîëÿ, ñîçäàííîãî ïîâåðõíîñòíûìè çàðÿäàìè ïðîâîäíèêà, ïðè ïåðåìåùåíèè åäèíè÷íîãî çàðÿäà âäîëü êîíòóðà îò òî÷êè 1 ê òî÷êå 2, ò. å. ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ (èëè íàïðÿæåíèþ) íà êîíäåíñàòîðå:

ãäå q — çàðÿä ïðàâîé ïëàñòèíû êîíäåíñàòîðà.

Âòîðîé ÷ëåí ïðàâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ (2.3.5) ÷èñëåííî ðàâåí ðàáîòå ñòîðîííèõ ñèë (âèõðåâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ) â êîíòóðå ïî ïåðåìåùåíèþ åäèíè÷íîãî çàðÿäà, ò. å. ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè. Ñîãëàñíî çàêîíó ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè:

Òåïåðü ñèëó òîêà âûðàçèì ÷åðåç ïðîèçâîäíóþ çàðÿäà êîíäåíñàòîðà. Çäåñü èìååòñÿ íåáîëüøàÿ òîíêîñòü. Ïðè âûáðàííîì íàïðàâëåíèè îáõîäà êîíòóðà ñèëà òîêà, íàïðàâëåííîãî îò ïðàâîé ïëàñòèíû êîíäåíñàòîðà, ïîëîæèòåëüíà. Ýòà ïëàñòèíà ðàçðÿæàåòñÿ è åå çàðÿä óìåíüøàåòñÿ. Èçìåíåíèå çàðÿäà Δq çà ìàëûé èíòåðâàë âðåìåíè Δt îòðèöàòåëüíî. Äëÿ òîãî ÷òîáû ñèëà òîêà áûëà ïîëîæèòåëüíîé âåëè÷èíîé, åå íàäî îïðåäåëèòü òàê:

Åñëè áû âìåñòî çàðÿäà q ïðàâîé ïëàñòèíû ìû âçÿëè çàðÿä ëåâîé ïëàñòèíû, òî i = +q'.  íàøåì ñëó÷àå ñïðàâåäëèâî ðàâåíñòâî (2.3.10). Îêîí÷àòåëüíî óðàâíåíèå (2.3.5) çàïèøåì â ôîðìå:

Ýòî è åñòü îñíîâíîå óðàâíåíèå äëÿ ïðîöåññîâ â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðå. Îíî àíàëîãè÷íî óðàâíåíèþ (1.9.5) ñ ïðàâîé ÷àñòüþ, ðàâíîé íóëþ. (Òàêîå óðàâíåíèå áóäåò îïèñûâàòü ñâîáîäíûå çàòóõàþùèå êîëåáàíèÿ.)

Îêîí÷àíèå ïàðàãðàôà >>>

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru
<">


Ñîäåðæàíèå

interfaceType: 0, withoutIframe: true,