Вынужденные электрические колебания. Переменный ток

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

 

Приведенные ниже теоретические сведения могут быть полезны при подготовке к лабораторным работам 6, 7, 8 в лаборатории "Электричество и магнетизм". Для более подробного изучения рекомендуем учебник С. Г. Калашникова "Электричество" (Москва, "Наука"-1985), на основе которого составлено данное методическое пособие.

 

Рассмотрим электрические колебания, возникающие в том случае, когда в цепи имеется генератор, электродвижущая сила которого изменяется периодически. Далее мы ограничимся изучением электрических цепей с сосредоточенными емкостями и индуктивностями и будем считать переменные токи квазистационарными. Квазистационарность означает, что мгновенные значения силы тока i практически одинаковы во всех участках последовательной цепи. Это условие будет выполнено, если за время прохождения сигнала по цепи ( -длина цепи, c - скорость света) сила тока меняется незначительно ( , где T - период колебаний). Если принять l = 1 м, то токи можно считать квазистационарными при частотах 300 МГц.

Будем рассматривать только такие токи, которые изменяются по синусоидальному закону. Это объясняется несколькими причинами. Во-первых, многие технические генераторы переменного тока имеют ЭДС, изменяющуюся по закону, близкому к синусоидальному, и потому создаваемые ими токи практически являются синусоидальными. Во-вторых, теория синусоидальных токов особенно проста, и поэтому на примере таких токов можно легко выяснить основные особенности электрических колебаний. В-третьих, согласно известной математической теореме Фурье всякая функция довольно общего вида может быть представлена в виде суммы синусоидальных функций. Поэтому теория синусоидального тока позволяет получать важные результаты и для тока, изменяющегося во времени по произвольному (несинусоидальному) закону.

Наконец, везде, где это не отмечено особо, будем считать, что колебания являются установившимися. Иными словами, будем предполагать, что с момента начала колебаний прошло достаточно большое время, так что амплитуды тока и напряжения уже достигли своих постоянных значений и далее не изменяются.