Задача 1. Первинна обмотка знижувального трансформатора з коефіцієнтом трансформації увімкнена в коло з напругою ВПервинна обмотка знижувального трансформатора з коефіцієнтом трансформації
Розв’язання: Згідно з умовою задачі втратами енергії у первинному колі можна знехтувати, тому
де Коефіцієнт трансформації
Обчислення:
Відповідь:
Приклади розв’язування задач Задача 1. При випромінюванні радіохвиль завдовжки 12 м амплітуда сили струму в антенному контурі передавача дорівнює 20 А, а амплітуда напруги – 80 В. Яка ємність контуру? λ = 12 м I max = 20 A U max = 80В C –? Розв'язання Будемо вважати антенний коливальний контур ідеаль ним, ним, тоді максимальне значення енергії електричного c = 3ּ108 м/с і магнітного полів збігаються: Скористаємося також формулою Томсона:
Перемноживши ці рівняння, отримаємо:.
Перевірка одиниць вимірювання: Виконання обчислень: Відповідь: С = 1,6 10-9 Ф = 1,6 нФ. Рекомендована література 1. Сиротюк В.Д. Фізика; підручник для 11 класів загальноосвітніх навчальних закладів (рівень стандарту), 2010 2. Дмитрієва В.Ф. Фізика. Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів 1-2 рівнів акредитації, 2008 3. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика. Підручник для середніх спеціальних навчальних закладів. – К.: Высшая школа, 1983 5.Сборник задач и вопросов по физике для средних специальных учебных заведений (под редакцией Р.А.Гладковой), 1988 6. Кирик Л.А. Фізика 11 клас. Запитання, задачі, тести (рівень стандарту), 2010 7. Кирик Л.А. Фізика 11 клас. Різнорівневі самостійні та тематичні контрольні роботи (рівень стандарту), 2010 8. Збірник різнорівневих завдань для державної підсумкової атестації з фізики
|
увімкнена в коло з напругою 
В. Опір вторинної обмотки трансформатора 
Ом струму вторинному колі трансформатора 
А. Визначити напругу на затискачах вторинної обмотки трансформатора. Втрати в первинному колі трансформатора не враховувати.
. Напруга на затискачах вторинної обмотки
- спад напруги на вторинній обмотці.
, звідки 
, тоді:
; 
В.
.
Зарядимо конденсатор від зовнішнього джерела струму. При цьому конденсатор отримає енергію
.
Після підключення до конденсатора котушки індуктивності, отримаємо замкнене коло. Конденсатор почне розряджатися і в колі з'явиться електричний струм. Струм у колі не одразу досягне максимального значення, а збільшуватиметься поступово. Це зумовлено явищем самоіндукції. З появою струму виникає змінне магнітне поле. Це змінне магнітне поле породжує вихрове електричне поле в провіднику, яке внаслідок наростання магнітного поля діє проти струму і протидіє його миттєвому збільшенню (правило Ленца).
У міру розряджання конденсатора енергія електричного поля буде зменшуватись, але водночас буде зростати енергія магнітного поля струму, яку визначають за формулою:
.
У момент часу, коли конденсатор повністю розрядився (q = 0), енергія електричного поля набуває нульового значення. Енергія магнітного поля струму згідно із законом збереження енергії буде максимальною 
.А в будь-який інший час
.
Порівнюючи коливання в коливальному контурі з механічними коливаннями (наприклад, пружинного маятника), бачимо, що індуктивність котушки виконує таку ж роль, як і маса в пружинному маятнику (L 
m):
; 
; а k 
, або 
. (1)
Формула (1) називається формулою Томсона. Перетворення енергії в коливальному контурі приводить до зміни величини заряду, сили струму і напруги за законом синуса або косинуса. Тому такі електромагнітні коливання є гармонічними.
Знаючи період, можна визначити і власну частоту: 
- частота вільних електромагнітних коливань в контурі; n - вимірюють у герцах (Гц); 1 Гц відповідає одному електромагнітному коливанню за 1 с.
2.5.Електромагнітне поле. Електромагнітні хвилі та швидкість їх поширення. Шкала електромагнітних хвиль.
Вивчення явища електромагнітної індукції показало, що зміна магнітного поля, в якому знаходиться провідний контур, викликає появу в цьому контурі індукційного (вихрового) електричного поля. Максвелл розвинув уявлення Фарадея про електромагнітну індукцію, довівши, що вихрове електричне поле з'являється в довільній частині простору, де існує змінне магнітне поле (незалежно від того, чи є там провідники, чи немає). А в середині 60-х років ХІХ ст. Максвелл дійшов висновку, що існує і зворотний процес: змінне електричне поле викликає появу змінного магнітного поля (вихрового). Отже, магнітне поле може створюватися не тільки електричним струмом (тобто рухомими електричними зарядами), але і змінним електричним полем (рис.5.2.15).
Сукупність нерозривно взаємопов'язаних змінних вихрових електричного і магнітного полів називають електромагнітним полем. У природі взагалі немає відокремлених одне від одного електричних і магнітних полів, а існують електромагнітні поля як особливий вид матерії, через який відбувається електромагнітна взаємодія.
Процес поширення змінного електромагнітного поля в просторі з плином часу називають електромагнітною хвилею. Максвелл показав, що швидкість поширення електромагнітної хвилі є величиною скінченною і у вакуумі дорівнює швидкості світла (тобто c 
3·108 м/с). Електромагнітні хвилі є поперечними, оскільки в кожній точці простору електрична напруженість 
, магнітна індукція 
і швидкість поширення цих хвиль 
взаємно перпендикулярні (рис.5.2.16). Із теорії Максвелла випливає, що швидкість 
, (1)
де c - швидкість електромагнітних хвиль у вакуумі; e - діелектрична проникність; m - магнітна проникність середовища. Із формули (1) видно, що швидкість поширення електромагнітної хвилі в середовищі залежить від електричних і магнітних властивостей цього середовища.
Відстань, на яку поширюється електромагнітна хвиля за один період, тобто найкоротша відстань між таким двома точками хвилі, в яких 
= lν = l / T, де T - період, ν - частота електромагнітних коливань. Із теорії Максвелла випливає, що довільний заряд, що рухається із прискоренням або коливається, випромінює електромагнітні хвилі.
Електромагнітна хвиля поширюється в діелектрику, але ще краще у вакуумі. Наявність прискорення - головна умова випромінювання електромагнітної хвилі.
У вакуумі електромагнітні хвилі досягають найбільшої швидкості - швидкості світла (c = 3·108 м/с). Властивості електромагнітних хвиль найлегше вивчати, використовуючи передавач і приймач, які працюють на сантиметровому діапазоні. Випромінювання і приймання таких хвиль можна зробити спрямованими. Досліди Герца і пізніше проведені експерименти показали, що електромагнітні хвилі мають такі властивості:
1) в однорідному середовищі поширюються рівномірно і прямолінійно;
2) відбиваються діелектриками, а ще краще провідниками, при цьому виконуються закони відбивання хвиль;
3) заломлюються;
4) фокусуються;
5) дають явища дифракції і інтерференції;
6) поляризуються.
Властивості електромагнітних хвиль виявились такими ж, як і властивості хвиль будь-якої іншої природи.
Електромагнітні хвилі мають майже необмежений діапазон частот і довжин хвиль. Шкалу цих хвиль наведено в дод. Весь діапазон поділяють на декілька вузьких ділянок, для яких установлено конкретні межі.
Радіохвилі поділяють на довгі (понад 10 км), середні (сотні метрів), короткі (десятки метрів). Усіх їх переважно використовують у радіозв'язку. Ультракороткі радіохвилі поділяють на метрові, дециметрові та міліметрові. Перші використовують у телебаченні, другі і треті - у радіолокації.
Для утворення інтенсивних електромагнітних хвиль необхідно створити електромагнітні коливання досить високої частоти. Коливання високої частоти, яка значно перевищує частоту промислового струму (50 Гц), можна отримати за допомогою коливального контуру, частота власних коливань якого буде тим більшою, чим менша індуктивність і ємність конденсатора:
.
Для отримання електромагнітних хвиль Г. Герц використав простий пристрій, який нині називають вібратором Герца. Цей пристрій є відкритим коливальним контуром.
До відкритого коливального контуру можна перейти від закритого, якщо поступово збільшувати відстань між пластинами конденсатора, одночасно зменшуючи їх площу і кількість витків у котушці. Це і є відкритий коливальний контур (рис.5.2.18). Значення ємності та індуктивності вібратора Герца малі. Тому частота коливань досить велика.
Такий пристрій, що здатний випромінювати електромагнітні хвилі, Герц назвав антеною, що в перекладі означає вуса. Електромагнітні хвилі, які випромінюються, переносять із собою енергію. Поверхню площею S, через яку електромагнітні хвилі переносять енергію, називають хвильовою поверхнею (рис.5.2.19).
Густиною потоку електромагнітного випромінювання J називають електромагнітну енергію Δ W, яка проходить за час Δ t через перпендикулярну до променів поверхню площею S:
.Іноді величину називають інтенсивністю хвилі. У СІ [ J ] = Вт/м2.
Електромагнітні хвилі переносять енергію. Густина потоку випромінювання пропорційна значенню частоти в четвертому ступені: J 
, де c - швидкість поширення радіосигналу (3·108 м/с); t - час проходження електромагнітних хвиль в прямому і зворотному напрямах.
.
. Тоді 
, де с – швидкість електромагнітних хвиль.
Отримуємо систему рівнянь:
.
