Изучение затухающих колебаний. Лукьянов Г.Д. - 2 стр.

UptoLike

Составители: 

2
Подставим последнее выражение в (1), получим дифференциальное уравнение незатухающих
гармонических колебаний:
0U
L
C
1
dt
Ud
2
2
=+ . (5)
Решением этого уравнения является:
tcosUU
00
ω
=
,
где
0
U - амплитудное значение напряжения, которое не зависит от времени;
0
ω
- собственная частота контура, равная
LC
1
0
=
ω
,
а период собственных незатухающих колебаний:
LC2T
0
π
=
.
Проводники контура всегда обладают электрическим сопротивлением, поэтому часть энергии в процессе
колебаний расходуется на нагрев проводников. Вследствие этого амплитуда электромагнитных колебаний в
контуре постепенно уменьшается, и в нем происходят затухающие колебания. Рассмотрим реальный
колебательный контур, содержащий катушку индуктивности L, конденсатор емкостью С и сопротивление R
(рис.1,в).
По второму правилу Кирхгофа для
такого контура
i
EIRU
=
+
(6)
где
IRU
R
= - напряжение на сопротивлении.
Используя соотношения (2), (3) и (4), уравнение (6) примет вид:
0U
L
C
1
Ldt
RdU
dt
Ud
2
2
=++ (7)
Дифференциальное уравнение (7) описывает затухающие колебания. Его решением является:
tcoseUU
t
0
ω
β
= , (8)
где
β
- коэффициент затухания,
ω
- частота затухающих колебаний
L2
R
=
β
, (9)
ω
- циклическая частота затухающих колебаний:
22
0
2
L2
R
LC
1
βωω
=
= (10)
при этом
T
2
π
ω
= и
2
(R/2L)-/LC1
2
T
π
= (11)
Изменение напряжения на конденсаторе от времени графически представлено на рис.2
--
++
C
K
L
a)
--
++
C
K
L
б)
--
++
C
R
L
в)
Рис.1
                                                                                                                     R
                             K                                             K

                + +                L                   + +                        L                  + +
                                                                                                                          L
          C                                        C                                             C
                -     -                                -      -                                      -   -


                             a)                                          б)                                   в)
                                                                        Рис.1
      Подставим последнее              выражение   в       (1),    получим            дифференциальное   уравнение   незатухающих
гармонических колебаний:
                                                       d 2U    1
                                                          2
                                                            +    U =0.                                                        (5)
                                                       dt     LC
     Решением этого уравнения является:
                                                              U = U 0 cos ω0 t ,
     где U 0 - амплитудное значение напряжения, которое не зависит от времени;
           ω0       - собственная частота контура, равная
                                                                              1
                                                                  ω0 =                ,
                                                                              LC
     а период собственных незатухающих колебаний:
                                                                  T0 = 2π LC .
       Проводники контура всегда обладают электрическим сопротивлением, поэтому часть энергии в процессе
колебаний расходуется на нагрев проводников. Вследствие этого амплитуда электромагнитных колебаний в
контуре постепенно уменьшается, и в нем происходят затухающие колебания. Рассмотрим реальный
колебательный контур, содержащий катушку индуктивности L, конденсатор емкостью С и сопротивление R
(рис.1,в).
      По второму правилу Кирхгофа для такого контура
                                              U + IR = Ei                                          (6)
    где U R = IR - напряжение на сопротивлении.
    Используя соотношения (2), (3) и (4), уравнение (6) примет вид:
                                                d 2U RdU    1
                                                   2
                                                     +    +   U =0                                                            (7)
                                                dt     Ldt LC

    Дифференциальное уравнение (7) описывает затухающие колебания. Его решением является:

                                                U = U 0 e − βt cos ωt ,                                                       (8)
    где   β   - коэффициент затухания,
          ω   - частота затухающих колебаний
                                                                        R
                                                              β=           ,                                                   (9)
                                                                        2L
    ω     - циклическая частота затухающих колебаний:
                                                                                  2
                                                               1 ⎛ R ⎞
                                                   ω=           −⎜     ⎟ = ω0 − β
                                                                            2     2
                                                                                                                              (10)
                                                              LC ⎝ 2 L ⎠
    при этом
                                       2π                          2π
                                  ω=        и   T=                                                                            (11)
                                       T               1 /LC - (R/2L) 2

    Изменение напряжения на конденсаторе от времени графически представлено на рис.2

                                                                    2