3. Obwody elektryczne i drgania elektromagnetyczne.

*obwód LC: Drgania swobodne z częstością własną, w których suma energii potencjalnej i kinetycznej jest stała.

*obwód RLC: do układu LC dołącza się opornik R. Dochodzi czynnik tłumiący drgania, ale układ nadal drga z częstością własną, jedynie amplituda drgań maleje w wyniku pojawienia się tłumienia.

Jeśli przyłożymy dodatkową siłę (którą jest źródło prądu zmiennego), której wartość zmienia się również okresowo, ale z inną częstością, mamy do czynienia z częstością wymuszoną, a co za tym idzie- z drganiami wymuszonymi.

Czynnik tłumienia jest wprost proporcjonalny do wartości oporności w obwodzie i odwrotnie proporcjonalny do indukcji.

*Obwód RLC: jest skrótowym oznaczeniem dla obwodów elektrycznych, składających się z 3 podstawowych elementów:

-rezystora R (rezystancja)

-cewki L (indukcyjność)

-kondensatorów C (pojemność)

*Indukcyjność wzajemna: wielkość charakteryzująca układ dwóch obwodów elektrycznych posiadających wspólny strumień pola magnetycznego wytworzony przez prądy płynące w obwodach (tzw. strumień skojarzony). 

*Pomiar indukcyjności wzajemnej:

Współczynniki indukcji wzajemnej wyznacza się mierząc wypadkową indukcyjność dwóch cewek

połączonych szeregowo.

-Gdy cewki połączone są ze sobą przy zgodnym zwrocie nawinięcia (tzn.

strumienie magnetyczne mają zgodne zwroty), indukcyjność wypadkowa Lz wynosi:

Lz = L1 + L2 + 2M

- Gdy cewki są ze sobą połączone przy przeciwnym zwrocie nawinięcia (strumienie magnetyczne mają

przeciwne zwroty), indukcyjność wypadkowa Lp wynosi:

Lp = L1 + L2 – 2M

Prąd zmienny – prąd elektryczny, dla którego wartość natężenia zmienia się w czasie w dowolny sposób.

W zależności od charakteru tych zmian można wyróżnić następujące rodzaje prądu:

1. prąd okresowo zmienny

-prąd tętniący

-prąd przemienny

1. prąd nieokresowy

*Moc prądu zmiennego:

Moc prądu elektrycznego jest równa iloczynowi napięcia i natężenia.

W przypadku prądu zmiennego jego chwilowa moc jest iloczynem wartości chwilowych ww. wielkości, więc:

Zgodnie z prawem Ohma napięcie można zapisać jako:

zatem moc prądu można zapisać w postaci:

Natężenie prądu sinusoidalnie zmiennego jest równe:

 
I₀ – amplituda natężenia prądu,

ω – częstość,

t – czas.

Zatem moc chwilowa musi być równa:

Jak wynika z ostatniej zależności moc chwilowa przyjmuje tylko wartości dodatnie i zmienia się

jak funkcja sinus kwadrat z amplitudą równą RI₀².

Na przedstawionym powyżej wykresie zależności mocy chwilowej prądu zmiennego od czasu widać,

że średnia moc prądu w czasie jednego okresu (T) jest równa połowie wartości maksymalnej:

 
Moc średnia jest również mocą skuteczną, bowiem skuteczne wartości napięcia i natężenia są odpowiednio równe:

*transformator: maszyna elektryczna, służąca do przenoszenia energii elektrycznej prądu przemiennego drogą indukcji z jednego obwodu elektrycznego do drugiego, z zachowaniem pierwotnej częstotliwości. Zwykle zmieniane jest równocześnie napięcie elektryczne (wyjątek stanowi transformator separacyjny, w którym napięcie nie ulega zmianie).

Transformator umożliwia w ten sposób na przykład zmianę napięcia panującego w sieci wysokiego napięcia, które jest odpowiednie do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości, na niskie napięcie, do którego dostosowane są poszczególne odbiorniki.

Gdy pulsacja siły wymuszającej jest tak dobrana, że drgania wymuszone odbywają się z maksymalną amplitudą, mówimy o zjawisku rezonansu. Pulsację siły wymuszającej nazywamy wtedy pulsacją rezonansową.

Pulsacja rezonansowa jest zawsze mniejsza od pulsacji drgań własnych układu. Różnica obu pulsacji rośnie ze wzrostem stałej tłumienia.

Dla układów o bardzo małym tłumieniu można przyjmować, że pulsacja rezonansowa siły wymuszającej jest równa pulsacji drgań własnych. Można też mówić o równości częstotliwości siły wymuszającej i częstotliwości drgań własnych układu. Ten warunek równości obu pulsacji (lub częstotliwości) jes często podawany jako warunek rezonansu.

*rezonans: zjawisko fizyczne zachodzące dla drgań wymuszonych, objawiające się wzrostem amplitudy drgań układu drgającego dla określonych częstotliwości drgań wymuszających. Częstotliwości dla których drgania mają największą amplitudę nazywa się częstotliwością rezonansową. Dla tych częstotliwości, nawet małe okresowe siły wymuszające mogą wytwarzać drgania o znacznej amplitudzie. Wiele systemów ma wiele odrębnych częstotliwości rezonansowych.

Zjawisko rezonansu występuje dla wszystkich typów drgań i fal.

Rezonans występuje, gdy układ drgający łatwo pobiera energię ze źródła pobudzającego go i jest w stanie przechowywać ją. Jednakże, zazwyczaj w układzie istnieją pewne straty energii, zwane tłumieniem, zależą one od amplitudy drgań układu, dlatego przy stałym wymuszaniu dochodzi do stanu równowagi.