Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Современные ламповые генераторы позволяют получать колебания с частотами до нескольких миллиардов герц и применяются чрезвычайно широко. Они служат основой каждой радиостанции и входят в состав многих типов радиоприемников. На рис. 58 показана одна из весьма многочисленных и разнообразных схем лампового генератора — схема с и ид у к т и в н о й обратной связью. Колебательный контур, состоящий из катушки индуктивности Е, и конденсатора емкости С, включен последовательно с батареей В в анодиую цепь лампы, т.
е. между анодом А и накаленной нитью (катодом) К. Нить накаливается *) Обрашиая связь в общем смысле — это устройство, при помощи которого происходящий в системе процесс (движение, колебзпие) чзстичио используется для управления (регулировзния) самим этим процессом. Тзк, например, в паровой мешине обрзтвуго связь осуществляет волотниковый механизм. Ои приводится в действие самой няшиной и вместе с тем управляет ее движением.
током от батареи накала Ва. В сеточную цепь лампы — между сеткой б и катодом К вЂ” включена вторая катушка индуктивности Г, связанная индуктивно с катушкой Е контура. Таким образом, катушки Е и Г образуют как бы первичную и вторичную обмотки трансформатора, ио без сердечника. Впрочем, в генераторах низких (звуковых) частот можно применять трансформатор с железным сердечником. Катушка Е' управляет напряжением на сетке и осуществляет обратную связь между колебаниями в контуре и на сетке лампы.
Представим себе, что в контуре, состоящем из катушки индуктивности Е и конденсатора емкости С, происходят колебания. По катушке Е протекает переменный ток, который наводит в катушке ь' переменную э. д. с. Сетка заряжается то положительно, то отрицательно по отношению к катоду К, причем период этих колебаний сеточного напряжения, очевидно, тот же, что и период колебаний в контуре 1.С,т.е. Т =- 2п р' 1.С. ла Лампа то «отпирается», то «за- Рве. 58. Лампов»щ геаератор пирается»; таким образом, колебания в контуре вызывают пульсации анодиого тока лампы. Анодный ток, идущий от анода через контур 1.С к катоду, разветвляясь, проходит через катушку индуктивности н конденсатор (разумеется, постоянная, т.
е. не меняющаяся со временем, составляющая анодного тока проходит при этом только через катушку, так как постоянный ток через конденсатор идти не может, см. том П, 9 159). Если фаза колебаний анодного тока подобрана правильно, т. е. «толчки» анодного тока действуют на контур в нужные моменты, то колебания в контуре будут поддерживаться (ср. 9 30). Другими словами, за каждый период колебаний от батареи В будет заимствоваться порция энергии, как раз покрывающая потери энергии в контуре за то же время, и колебания будут незатухающими. Если поменять местами концы катушки Г, то фаза колебаний сеточного напряжения изменится на 180', и колебания не возбудятся (аналогично тому, как это получалось в системе, изображенной на рис.
56). Наблюдать колебания можно с помощью электронного осциллографа или — если колебания имеют звуковую частоту — с помощью громкоговорителя, включенного прямо в анодную цепь лампы. Можно также включить в конденсаторную ветвь контура лампочку накаливания (от карманного фонаря или автомобильную, в зависимости от мощности генератора). Так как лампочка включена последовательно с конденсатором, постоянная составляющая анод- ного тока через нее не проходит. Следовательно, лампочка будет загораться только при наличии в контуре электрических колебаний. С помощью лампового генератора, подобного описанному, нетрудно наблюдать и явление электрического резонанса, связав нндуктивно с контуром ~С генератора второй такой же колебательный контур, но с п е р м е н и ы м конденсатором и с включенной в контур лампочкой накаливания.
Плавно меняя емкость в этом контуре, его можно настроить в резонанс на частоту генератора. При соответствующем подборе лампочки и связи между контурами нетрудно добиться таких условий, что при резонансе лампочка вспыхивает, а при расстройке гаснет. й 32. Учение о колебаниях. Мы начали изучение колебаний с м е х а н и ч е с к и х колебаний. Мы убедилисьдалее, что в основе з в у к о в ы х явлений, т, е. явлений, воспринимаемых ухом, тоже лежат механические колебании, отличающиеся от колебаний маятника лишь более высокими частотами. Затем мы рассмотрели э л е к т р и ч е с к и е колебания.
На протяжении всего изложения мы старались подчеркнуть глубокое сходство между закономерностями всех этих явлений, Почему такие, казалось бы, разнородные явления были объединены в нашем изложении? Все эти главы были посвящены у ч е н и ю о к о л еб а н и я х, которое обьединяет явления не по признаку одинаковой физической их природы, а по о б щ и м з а к он а м, которым подчиняются эти явления.
Например, законы, которым подчиняются свободные и вынужденные коле. баиия, резонансные явления, автоколебания,— одни и те же, идет ли речь о механике или об электричестве. Существование таких одинаковых законов, управляющих самыми, казалось бы, разнородными явлениями, взятыми нз совершенно различных областей физики, играет чрезвычайно большую роль в изучении природы.
Оно открывает возможность путем изучения явлений в одной области физики, например в механике, лучше понять явления из совсем другой области, скажем из оптики. В одних случаях это облегчает исследование, в других — наталки- 62 вает на открытие новых явлений. Учение о колебаниях широко пользуется всеми преимуществами, которые дает такой и е т од исследования, там, где он оказывается приложимым.
Приведем один пример. Многие замечали, что обыкновенные качели можно раскачать без всякого толчка и з в и е. Для этого нужно, чтобы стоящие нз доске поочередно приседали и поднимались (рис. 59), Каждый партнер приседает один раз за период колебаний качелей, а так как они делают зто по очереди, то получается, что центр тяжести маятника — качелей— дважды за период опускается и поднимается. Этот способ возбуждения нолебаний, принципиально отличается от рассмотренных ранее: коле- Рис. 60.
Опыт с парамет. рической раскачкой математического маятника Рис. 59. Раскачивание качелей бательная система (в данном случае качели) раскачивается со своейсобственной частотой в результате того, что с удвоенной частотой меняется величина, от которой зависит период системы (в данном случае расстояние от точки подвеса до центра тяжести). Колебания возникают и поддерживаются за счет работы, которая затрачивается па изменение периода системы. Описанный способ возбуждения колебаний нетрудно осуществить и на обычном маятнике — шарике, подвешенном иа нити.
Нить надо пропустить через неподвижное проволочное колечко и, взявшись аа ее конец рукой, периодически подтягивать и отпускать грузик, т. е. периодически укорачивать и удлинять маятник (рис. 60). Если изменение длины маятника выполнять так, чтобы укорачивание происходило, когда маятник проходит через вертикальное положение (или около него), т. е. д в а р а з а з а и е р и о д, а удлинение — также дважды за период в положениях максимального отклонения (или около них), то маятник начнет раскачиваться, т. е.
амплитуда колебаний будет возрастать. Это значит, что возрастает и э н е р г и я колеблющегося маят. ника. Откуда черпает маятник эту энергию? В данном случае, очевидно, за счет работы мускулов руки. Действительно, укорачивая маятник на длину ! в момент прохождения его через вертикальное положение, мы поднимаем грузик массы ш нз высоту !. Если учитывать только работу против силы тяжести и пренебречь работой против центробежной силы инерции, то мы сообщаем при этом маятнику энергию тп!. Удлинение же маятника происходит, когда он отклонен нз максимальный угол а. При этом грузик о п у с т и т с я на расстояние )соха и, значит, маятник отдаст энергию тп(созм (рис. 6)й Разность между полученной и отданной энергией, равная тдг(! — соза), и есть та энергия, которая передается маятнику за каждый п о л у п е р и од и обус.товливает увеличение его амплитуды, т.
е. раскачку. Заметали что чем больше максимальный угол а (чем ои ближе к п/2), тем больше энергия, получаемая маятником за полупериод, т, е. тем быстрее идет раскачка, Таков же механизм, действующий при раскачивании качелейп энергия качелей растет за счет работы, совершаемоя качающимися партйерамн, когда они выпрямляются (поднимают свой центр тяжести) при прохождении через вертикаль и приседают при отклонении качелей.
Так как воздействие состоит в изменении д л и н ы маятника, т. е. Рис. 62. Переменный конденсатор (1), подвижная часть которого вращается электродвигателем (2). Емкость конденсатора меняется с частотой !4л, где л — частота вращения электродвнга. тела Рис. 6!. )ч вычислению рзботы, затрачиваемой иа раскачку маятника за по. лозину периода его коле- баний параметра, от которого зависит период системы, то такое воздействие называется параметрическим.
Мы видим, что параметрическое воздей- ствие раскачивает систему, если чзстота воздействия в д в о е б о л ь- ш е собственной (средней) частоты системы. Перейдем теперь в совсем другую область — область электрических колебаний. Электрический колебательный контур подчинен тем же колебательным законам, что и маятник. Следовательно, если мы создадим в контуре танис же условия, благодаря которым раскачиваются качели, та в контуре должны будут возникнуть электрические колебания. Очевидно, нужно периодически пенять в контуре величину, от которой зависит его период, т.
е. иенять еикасть илп индуктивность, и это нужна делать с частотой, вдвое превышающей собственную частоту контура. Опыт полностью подтверждает зти соображения. В контуре возбужда~отся электрические колебания. Ыа таком способе возбужденна электрических колебаний основаны так называемые параметрические генерпгпорм переменного тока, изобре. тенные советскзми физиками Л. Гь Мандельштамом н Н, Д. Папалекси. Такой генератор представляет собой колебательный контур, состоящий иэ катушки нндуктивпости ь и конденсатора, емкость С которого периодически меняется при вращении его подвижной части (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
