Для понимания резонансных явлений очень важно иметь представление о процессах в колебательном контуре, состоящем из идеальных катушки и конденсатора, т.е. в контуре без потерь.
Колебательный процесс в таком контуре заключается во взаимном преобразовании электрического и магнитного полей, при этом соответственно изменяется энергия полей.
Чтобы разобраться в изменениях тока и напряжения в колебательном контуре, иметь понятие о характеристиках колебательного контура, изучите литературу. [9, с. 351-363].
При рассмотрении различных режимов электрических цепей отмечены случаи равенства реактивных сопротивлений (XL=XC) при последовательном соединении и равенства реактивных проводимостей (bL=bC) при параллельном соединении участков, содержащих индуктивность и емкость. В этих случаях электрическая цепь находится в режиме резонанса, который характеризуется тем, что реактивная мощность на ее входных зажимах равна нулю; ток и напряжение совпадают по фазе (φ=0)
Резонанс возникает при определенной для данной цепи частоте источника энергии (частоте вынужденных колебаний), которую называют резонансной частотой ωp.
Изучите явление резонанса, запомните условия и признаки резонансов напряжений и токов, усвойте понятие о резонансной частоте, о добротности контура. Научитесь строить частотные характеристики неразветвленной цепи и параллельного контура.
Этот материал также достаточно подробно изложен в [9, с. 351-363].
При изучении этой темы, обязательно, самым тщательным образом разберите решение задач, помещенных в [6, с.243-257], резонанс в электрической цепи».
Вопросы для самоконтроля:
1. Объясните, почему неразветвленная цепь, состоящая из конденсатора и катушки, называется колебательным контуром?
2. Объясните, с какого значения начинается разрядный ток конденсатора через катушку?
3. Чем объясняется отсутствие скачков при изменении тока в колебательном контуре?
4. Объясните, почему по мере зарядки конденсатора ток в колебательном контуре убывает?
5. Объясните, как определяется частота собственных колебаний в контуре?
6. Объясните, что такое волновое сопротивление контура?
7. Объясните, как связаны период, частота и угловая частота собственных колебаний?
8. Объясните, в чем причина затухания колебаний в контуре? В каком случае колебания в контуре не затухают?
9. Объясните, как протекает затухающий колебательный процесс?
10. Объясните, какие колебания называются собственными, а какие – вынужденными?
11. Объясните, каковы особенности цепи при резонансе напряжений? Перечислите условия резонанса напряжений.
12. Объясните, как практически можно определить режим резонанса напряжений в цепи переменного тока?
13. Объясните, какую величину имеет коэффициент мощности цепи соsφ при резонансе?
14. Поясните, при каком условии и почему индуктивное и емкостное напряжения при резонансе больше напряжения, приложенного к цепи? В чем опасность резонанса напряжений, если он наступает непредусмотренно?
15. Объясните, что такое резонансные кривые? Объясните их ход для неразветвленной цепи?
16. Объясните, что такое добротность контура?
17. Объясните, в чем особенности цепи при резонансе токов? Назовите условия резонанса токов?
18. Объясните, как практически определить в цепи режим резонанса токов?
19. Объясните, почему при резонансе токов ток в конденсаторе или катушке может быть больше тока в неразветвленной части цепи?
20. Расскажите, где используется явление резонанса токов?
21. Два контура имеют одинаковую емкость и индуктивность, но различное активное сопротивление. В каком контуре свободные колебания продолжаются дольше?
22. Цепь из последовательно соединенных конденсатора и катушки индуктивности настроена в резонанс напряжений на частоту f=50 Гц. Активное сопротивление катушки R=1 Ом, индуктивность L=0,0318 Гн, напряжения источника U=4 В. Определить ток цепи I и напряжение на конденсаторе UC. Построить векторную диаграмму цепи.
23. Как можно получить резонанс токов в колебательном контуре с постоянной индуктивностью и емкостью?
24. Катушка индуктивности и конденсатор соединены параллельно. При резонансе ток в конденсаторе IC=10 A, а ток в неразветвленной части цепи I=5 A. Определить ток в катушке.
25. Чему равна активная мощность идеального контура при резонансе токов?
26. Катушка имеет активное сопротивление R=10 Ом и индуктивность L=0,0318 Гн. Определить емкость, которую необходимо подключить параллельно катушке, чтобы в контуре получить резонанс токов на частоте f=50 Гц.