Вимушені коливання

Електромагнітні коливання відкрили, можна сказати, в якійсь мірі випадково. Вільні і вимушені коливання знайшли своє широке застосування в нашому повсякденному житті. Електромагнітні коливання використовують в різноманітних технічних пристроях, в тому числі і в засобах зв`язку. Змінні технічні струми - це також електричні коливання. Навіть світлові явища - це електромагнітні коливання. Поговоримо про них більш докладно.

Під коливаннями розуміються процеси або рухи, які характеризуються обумовленої тимчасової повторюваністю. Такі процеси досить широко поширені. Фізична природа коливальних процесів може бути різноманітною. Виходячи з цього, розрізняють електромагнітні, механічні та інші коливання.

Серед різних електричних явищ вільні і вимушені електромагнітні коливання займають особливе місце. Під електромагнітними коливаннями розуміють коливання магнітних і електричних полів, що супроводжуються періодичною зміною напруги, струму і заряду. Для того щоб збуджувати і підтримувати електромагнітні коливання використовують коливальний контур.

Вимушені коливання - це такі коливальні процеси, які викликані впливом зовнішніх сил на систему.

Вимушені коливання мають свою відмінну рису - вони носять незатухаючий характер. Їх частота дорівнює частоті періодичного зовнішнього впливу на дану коливальну систему. Однак необхідно відрізняти такі коливальні рухи від автоколивань. При автоколиваннях в системі передбачається механізм, "поставляє" в систему з певного резервуара енергії, в такт з своїм коливанням, незначні порції енергії, що підтримують власні незгасаючі коливання. Таким чином, при автоколиваннями система «підштовхує» сама себе. При вимушених коливаннях система бере поштовх від сторонньої сили.

Частота таких коливань збігається з частотою воздействующей зовнішньої сили. У них амплітуда задана не довільно, як при вільних коливаннях, а встановлюється сама по собі. Значення амплітуди залежить від співвідношення частот зовнішньої сили і власних.

Вимушені коливання характеризує таке явище, як електричний резонанс. При ньому амплітуда вимушених коливальних рухів стає максимальною. Амплітуда коливань при резонансі повинна бути безмежно великою. Насправді ж при ньому амплітуда вимушених електромагнітних коливань кінцева. При невеликому опорі в системі опір в резонансі буде істотним. Це і робить амплітуду коливальних рухів в резонансі кінцевої. При більшому опорі в системі максимум амплітуди стає нижче в точці резонансу.

Змінний струм - це не що інше, як вимушені електромагнітні коливання, що виникають в процесі обертання всередині рамки магніту або обертання в магнітному полі рамки в результаті електромагнітної індукції. Генератор змінного струму є джерелом змінного струму.

Електричні лампи, пилосос, холодильник, телевізор і т.д., що використовуються в наших будинках, працюють на основі енергії електромагнітних коливань. На їх застосуванні ґрунтується робота електромоторів, які приводять в дію верстати і т.д.

У перерахованих прикладах використовується змінний струм, який в електричних енергетичних ланцюгах виступає як результат збудження вимушених коливань.

Підкреслимо, що вільні і вимушені коливання відрізняються один від одного тим, що одні відбуваються без зовнішніх впливів завдяки енергії, яка запасена в контурі, а інші викликані зовнішнім впливом на систему.