TEST TOPSHIRIQLARI
O‘zgaruvchan tok va kuchlanishning effektiv qiymatlarini
aniqlovchi ifodalarini toping( Jm ва
amplituda qiymatlari):
Um tok va kuchlanishning
J
эфф
2 J ва
m
Uэфф
2 U ;
m
J
эфф
2Jm ва
Uэфф
2Um ;
J
эфф
J ва
m
Uэфф
U .
2 m
J
Jm
ва
эфф
Uэфф
Um ;
U 0
O‘zgaruvchan tok zanjirining to‘la qismi uchun Om qonuni ifodasini aniqlang:
a) J ; b)
R r
c) U ; d)
J 0 ;
J R J 0 U 0
O‘zgaruvchan tok zanjiriga sig‘imi 2 mkF bo‘lgan kondensator va induktivligiga 0,05 Gn bo‘lgan g‘altak ketma-ket ulangan. Kuchlanish rezonansi ro‘y berishi uchun tokning chastotasi qancha bo‘lishi kerak:
a) 0,5 kGs; b) 0,3 kGs; c) 0,1 kGs; d) 0,7 kGs.
O‘ramlarining soni N1=500 va N2=1000 bo‘lgan transformatorga 100 V kuchlanish berilgan. Transformatorning chiqishidagi kuchlanishni aniqlang:
a) 200 V; b) 100 V; c) 50 V; d) 400 V.
O‘ramlarining soni N1=500 va N2=1000 bo‘lgan transformator 5 A tok iste’mol qiladi. Ikkinchi o‘ramdagi tok kuchini aniqlang:
a) 2,5 A; b) 5 A; c) 10 A; d) 2 A.
XV BOB. ELEKTROMAGNIT TEBRANISHLAR
§ 90. Tebranish konturidagi fizik jarayonlar. Tomson formulasi
Bu ma’ruzada ham aktiv qarshilik, kondensator va g‘altakdan iborat ketma-ket ulangan zanjir haqida so‘z boradi. Bu yerda biz bunday zanjirda ro‘y beradigan jarayonlarni umumiy usul ya’ni differensial tenglamalarga asoslangan uslubda qaraymiz. Elektr tebranishlar induktivlik va sig‘imga ega bo‘lgan zanjir orqali hosil bo‘lishi mumkin. Bunday zanjirga tebranish konturi deyiladi.
rasm
135-rasmda ko‘rsatilgan konturda t=o da qandaydir tashqi ta’sir ko‘rsatildi (kondensatorga zaryad berilgan (q(o)o) yoki konturda tok o‘yg‘otilgan (I(o)o) yoki bir vaqtda shu ikkala hol ham amalga oshirilgan bo‘lib, so‘ngra kontur o‘z-o‘zicha qo‘yib yuborilgan.
Erkin elektrik tebranishlari. Mexanik va elektr tebranish o‘rtasida o‘xshashlik. Tebranish konturida qanday jarayonlar ro‘y beradi?
Qaralayotgan kontur uchun asosiy differensial tenglama (81.6) quyidagicha ko‘rinishga ega bo‘ladi:
d 2q L dt2
dt
1 q 0,
C
(90.1)
Bunda manba bo‘lmagani uchun =o. Siz bunday tenglama bilan
mexanikadan tanishsiz - bu massasi m bo‘lgan moddiy nuqtaning
kvazielastik kuch f=kx va ishqalanish kuchi
harakatining differensial tenglamasidir:
b dx
x dt
ta’siridagi
d 2 x
m
dt2
dt
kx 0,
(90.2)
(90.1) va (90.2) tenglamalar matematik jihatdan bir xildir, ular funksiya va koeffisientlarning fizik ma’nosi bilan farq qiladi, (90.1) tenglama (jadvalning chap ustuni) va undagi kattaliklarni (90.2) tenglamadagi kattaliklarga almashtirsak, (90.1) tenglamaning yechimi (jadvalning o‘ng ustuni ) ega bo‘lamiz.
Uncha katta bo‘lmagan so‘nishda (<o) kondensatordagi zaryad va boshqa konturning o‘zgaruvchi kattaliklari: I(t), UR (t), UC(t) , va UL(t) - vaqt bo‘yicha so‘nish qonuni bo‘yicha o‘zgaradi. Konturdagi bu elektr tebranishlarga erkin tebranish deb ataladi, chunki ular tashqi ta’sirsiz ro‘y beradi. Amaliy jihatdan kichik aktiv qarshilikka ega bo‘lgan konturlar juda muhimdir, ular uchun < < o ga teng.
Jadval- 1
Mexanik tebranishlar
|
Elektr tebranishlar
|
Tenglamalar
|
d 2 x dx
m dt 2 b dt kx 0, (90.2)
X(t)
m
b k
|
d 2q dq 1
L dt 2 R dt C q 0, (90.1)
q(t) L R
1/C
|
Yechimi
|
x(t) = A-t cos(t+), (90.4)
|
q(t) = A e-t cos(t+), (90.3)
|
So‘nish koefisiyenti quyidagiga teng
|
= b/2m, (90.6)
|
= R/2L, (90.5)
|
Doiraviy chastota quyidagiga teng,
|
2 2 , (90.8)
0
|
2 2 , (90.7)
0
|
bu yerda,
|
0 k m , (90.10)
|
0 1 LC , (90.9)
|
A va doimiylar boshlangich shartdan aniqlanadi, ya’ni ular quyidagilar orqali aniqlanadi.
|
X(0) va v(0)
|
q(0) va J(0)
|
o
Bu holda, 2 ni 2 ga nisbatan tashlab yuborish mumkin. (90.5) va
(90.7) ni hisobga olsak, konturning xususiy tebranish chastotasi uchun quyidagiga ega bo‘lamiz:
(90.11) ifodadan tebranish davrini topadigan Tomson formulasi kelib chiqadi:
T 2
Ideal konturda (k=o) so‘nish koeffisienti nolga intiladi va tebranish so‘nmaydigan bo‘lib qoladi. Soddalik uchun (87.3) da boshlang‘ich fazani nolga teng desak, (87.3) va (87.5) formulalar bo‘yicha, tok kuchi va kuchlanishni topamiz:
q(t) q0 cos0t
dq
I ( t)
dt
q00 cos t ,
2
(I0 q00 )
q
UC ( t) C
q0 C0
cos0t;
UC0
q0
C0
, (90.12)
U ( t) L dI q L 2 cos( t ), ( U
q L 2 )
L dt 0 0 0
L0 0 0
Sig‘im va induktivlik kuchlanishlar qarama-qarshi fazaga ega bo‘ladi (sinusoidal tok qonunlaridan sizlarga ma’lum), ularning amplituda qiymatlari bir xil kattalikka ega. Formula (90.12) dan kelib chiqadi:
UL0
q0
L2
q0 L
0
LC
q0
C
UC0 , (90.13)
Ideal kontur uchun grafik va vektor diagrammasi quyida 136-rasmda keltirilgan.
Tebranish konturi uchun energiyaning saqlanish qonuni ko‘rinishga ega bo‘ladi, (bu yerda manba bo‘lmagani uchun):
dA tashqi = 0 deb olish kerak.
d(We + Wm) = -dQ
Ya’ni konturdagi energiya kondensator elektr maydon energiyasi va g‘altakning magnit energiyasidan iborat bo‘ladi, davriy ravishda kamayib boradi, issiqlik energiyasiga aylanib boradi. Ideal konturda dQ=0, chunki, R=0, natijada d(We + Wm) = 0 bo‘ladi, demak:
136-rasm
We + Wm = const, (90.14 )
Bu shuni bildiradiki, energiya faqat vaqt bo‘yicha kondensator va g‘altakda qayta taqsimlanadi, lekin to‘la qiymatini saqlaydi.
Aktiv qarshilik R ning oshishi bilan erkin tebranish manzarasi o‘zgaradi, tebranishning so‘nishi ortadi, chunki so‘nish koeffisienti
R
2L
oshadi va uning chastotasi kamayadi:
Qarshilikning ba’zi bir kritik qiymati Rkr da bu ifoda nolga teng
bo‘lib qoladi. R kr quyidagi
1 R2
kr
LC 4 L2
shartdan aniqlanadi. Chastota nolga
teng bo‘ladi va qarshilikning katta qiymatlarida mavhum bo‘lib qoladi, ya’ni so‘nuvchi tebranish ko‘rinishidagi yechim o‘z ma’nosini yo‘qotadi. Bu vaqtda (90.1) tenglamaning yechimi apernodik xarakterga ega bo‘ladi. 137-rasmda q(t) ning bir xil C va L, lekin turli xil R uchun (R12kr4) grafigi keltirilgan. Bu vaqtda boshlang‘ich shartlar quyidagicha olinadi: q(0)0, I(0)=0. shunga o‘xshash grafiklar tok kuchi va kuchlanishda ham ro‘y beradi.
137-rasm
§ 91. Majburiy elektr tebranishlar
Konturdagi erkin tebranishlar aktiv qarshilik tufayli hammavaqt so‘nadi. Agar konturga davriy ravishda tashqaridan ta’sir ko‘rsatib turilsa, boshqacha bo‘ladi, masalan =0sint qonun bo‘yicha o‘zgaruvchi manba ta’sirida bo‘lsa. Bu sxema o‘zgaruvchan tok zanjiridan iborat bo‘ladi, uni avval vektor diagramma orqali o‘rgangan edik (sinusoidal tok qonunlarida).
Hozir biz bu zanjirni boshqa tomondan — konturdagi majburiy tebranish nuqtai nazaridan qaraymiz. Asosiy differensial tenglama (90.1) bu holda quyidagicha bo‘ladi:
dt
UL
⏟dt ⏟C
UR UC
–
– , (91.1)
Bunday tenglama bilan ham sizlar mexanikada duch kelgansiz —
kvazielastik kuch f x=-kx, ishqalish kuchi
f b dx
x dt
va davriy majburiy
kuch fx=f0sint ta’sirida moddiy nuqtaning harakat differensial tenglamasi quyidagicha bo‘ladi:
d 2 x
m
dt2
dt
f0 sin t,
(91.2)
Jadval 2
Mexanik tebranishlar
|
Elektr tebranishlar
|
Tenglama,
|
d 2 x dx
m dt 2 b dt kx f0 sint,
|
d 2 q dq 1
L 2 R q 0 sint
dt ⏟dt ⏟C – –
U L UR UC
|
Yechimi,
|
x = A sin(t + ), (91.4)
|
q(t) = qo sin(t + ), (91.3)
|
Bu yerda,
|
A f 0 (91.6)
m ( 2 2 )2 4 2 2
0
|
q 0 , (91.5)
o
L ( 2 2 )2 4 2 2
0
|
tg 2
2 2
o
|
tg 2
2 2
o
|
Biz bilamizki, bu tenglamaning yechimi majburiy tebranishdir (jadval 2 ning chap ustuni). Bu yechimda x(t), m, b, k larni mos ravishda
q(t), L, R, va 1/C ga almashtirib, shuningdek to ni o ga biz (90.1) ning yechimini topgan bo‘lamiz. (l-2 jadvaning o‘ng ustuni). (91.1) dan
R
2L
va (90.7) 0
q0
larni hisobga olsak, quyidagiga ega bo‘lamiz:
0
, (91.7)
tg
R
L 1
C
, (91.8)
Kondensator zaryadining q(t) vaqt bo‘yicha o‘zgarishini bilsak, (91.3) formula bo‘yicha konturning barcha elementlaridagi tok kuchi va kuchlanishini topamiz:
0
I dq d q0 sin t q sin t
U RI q R sin t
R 0
2
, (91.9)
q
UC C
q0 sin t
C
dI d q cos t
U L
L 0 q L 2 sin t
L dt
dt 0
Shunday qilib, tebranish konturiga, uning elementlariga o‘zgaruvchan kuchlanish manbai ulasak, konturda majburiy elektr tebranish hosil bo‘ladi, barcha o‘zgaruvchan elektr kattaliklar I(t), q(t), U C(t), U L(t) manba chastotasi, amplituda va fazasi bilan (kontur parametrlariga bog‘liq bo‘lgan ) garmonik tebranma harakat qiladi. Majburiy tebranishlar uchun rezonans hodisasi xarakterlidir, tashqi ta’sir chastotasi tebranish konto‘rining xususiy chastotasiga yaqinlashganda amplituda keskin oshib ketadi.
Tok kuchining amplitudasi (91.7) formula bo‘yicha quyidagicha bo‘ladi:
I0 0
, (91.10)
Bu formuladan ko‘rinadiki 0 va bo‘lganda Io(t) 0,
L 1
C
= 0, 1
0
bo‘lganda tok kuchi amplitudasi o‘zining
maksimal qiymatiga erishadi, (91.10) formula quyidagicha ko‘rinishga ega bo‘ladi:
I
max 0
0
R
, (91.11)
Bu formuladan kelib chiqadiki, R oshganda tok kuchi kamayadi, ya’ni I o() egri chizig‘i pastga joylashadi. 138a)-rasmda I o() ning grafik bog‘lanishi, ya’ni tok kuchining rezonans egri chizig‘i aktiv qarshilikning 3 ta qiymati R 1 < R 2 < R 3 hamda L va C o‘zgarmas bo‘lgan hol uchun ko‘rsatilgan.
Shuni qayd qilamizki, tok kuchining rezonans chastotasi erkin so‘nmaydigan chastota o ga mos keladi, rezonansdan aniq ko‘rinadiki, konturning aktiv qarshiligi qancha kichik bo‘lsa;
Kondensatordagi kuchlanish amplitudasi quyidagiga teng:
UC 0
138-rasm
q0 C
(91.12)
formulasiga q0 ning (90.5) ifodadan qiymatini qo‘ysak quyidagiga ega bo‘lamiz:
U C() funksiyasi
UC 0 0
hamma vaqt musbat, funksiyaning
ekstremumini topish uchun (91.13)dan hosila olish kerak:
dUC 0
d
Belgilab qo‘yamizki, bu funksiyaning ekstremumi ildiz ostida turgan ifodaning maksimumi bilan mos keladi, ya’ni:
0
d (2 2)2 4 22 0
d
bundan
(91.14)
Bu chastotada UCo() funksiyaning maksimumiga to‘g‘ri keladi, demak, keyingi formula rezonans chastotani aniqlaydi:
138b)- rasmda rezonans egri chizig‘i UCo() ning C va L bir xil bo‘lgan va R ning har xil (R1 < R2 < R3 ) qiymatlari uchun keltirilgan. R kamayishi bilan egri chiziqlar yuqoriga joylashadi, bu formula (91.15) dan ham ko‘rinib turibdi. R kamayishi bilan ham kamayadi, demak,
UC 0
oshadi. (90.13) dan kelib chiqadiki, kondensatordagi kuchlanish
uchun rezonans chastota kamayib o dan kichik. Amaliy maqsadlar uchun ishlatiladigan konturlar uchun ( << o) 22 hadni (91.15) dan tashlab yuborish mumkin. Bu holda rezonans hamma o‘zgaruvchan elektr kattaliklarda ( q, I, UR, UC, UL ) ro‘y beradi.
Kuchlanish manbaining chastotasi, so‘nmaydigan erkin tebranish chastotasiga teng bo‘ladi:
rezonans
0
, (91.16)
Aksincha, katta so‘nishga ega bo‘lgan konturlarda kondensatordagi kuchlanish chastotasi o dan farq qiladi. Manba kontur elementlari bilan ketma–ket ulanganda ro‘y bergan rezonans hodisasiga kuchlanish rezonansi deyiladi.
§ 92. Asllik va uning xossalari
Kontur parametrlari R, L, va C lardan o‘lchamsiz kattalik hosil qilish mumkin:
Q , (92.1)
Bunga konturning aslligi deyiladi va uning asosiy xossasini xarakterlaydi. Asllik uchun bir nechta formula hosil qilish mumkin va ular uning fizik ma’nosini ochib beradi. Buning uchun quyidagi shart bajariladi deb hisoblaymiz, demak, rez = xus = o .
Birinchidan, asllik so‘nishning logarfmik dekrementiga teskari proporsional:
Mexanika kursidan ma’lumki,
ln An
An 1
ln
Ae t Ae ( t 1)
ln e
T
T
2
(92.3)
(92.3) ga
R
2 L
va 0
ning qiymatlarini qo‘ysak (92.2)
formulaga kelamiz:
Q
,
Ikkinchidan, u kontur energiyasining nisbiy kamayishiga W/W teskari proporsional:
Konturdagi energiya quyidagicha aniqlanadi:
LI 2
W 0
2
(92.5)
Haqiqatda, tok kuchi maksimal bo‘lgan ( I(t) = I0 ) kondensatordagi zaryad o ga teng, konturdagi barcha energiya g‘altakda to‘plangan bo‘ladi va (92.5) formula bilan aniqlanadi.Davr ichida energiyaning
I 2RT
kamayishi (92.5) ga ko‘ra
W 0 , ifoda bilan aniqlanadi.
2
Agar
, va 0
ni hisobga olsak, quyidagi
ifodaga ega bo‘lamiz:
0
W I 2R
, (92.6)
Shunday qilib, (92.1) va (92.4) ga asosan asllikni yoza olamiz:
Uchinchidan, asllik shuni ko‘rsatadiki, kondensatordagi kuchlanish amplitudasi rezonans vaqtida UCo(rez) (138b)-rasm), manba EYUK amplitudasidan qancha katta ekanligini ko‘rsatdi:
U rez
Q C 0 , (92.8)
0
Haqiqatda Om qonuniga asosan, Uco=(1/C)Io . Rezonans vaqtida
Bundan,
rez
0
I
va
rez
0
0
R
. (92.9)
U
( rez) 0
C0 R
bu esa (92.8) ni beradi.
0Q
, (92.10)
To‘rtinchidan, u rezonans egri chizig‘ining kengligiga teskari proporsional:
Q 0
139-rasm
, (92.11)
Rezonans egri chizig‘ining kengligi yoki o‘tkazish yo‘lagi deb
=21 chastota intervaliga aytiladi, ya’ni amplituda rezonans amp-
litudasiga nisbati
marta kichik bo‘ladi. (139-rasm).
nisbatga
0
rezonans egri chizig‘ining nisbiy kengligi deb aytiladi.
Demak, katta asllikka ega bo‘lgan konturlarda erkin tebranish sekin so‘nadi.
NAZORAT SAVOLLARI
Tebranish konturi deb nimaga aytiladi va uning o‘xshashliklariga misollar keltiring?
So‘nish koeffisienti yoki so‘nishning logarifmik dekrementi deb nimaga aytiladi?
Mexanik tebranishlarni xarakterlaydigan fizik kattaliklar bilan elektr tebranishni xarakterlaydigan fizik kattaliklarning o‘xshashligiga misol keltiring. Elektr kattaliklardan mexanik kattaliklarga o‘tish mumkinmi?
Majburiy tebranish va uning qonunlari. Amplituda va fazalar farqi haqida aytib bering.
Rezonans hodisasi deb nimaga aytiladi? Tok va kuchlanish rezonansi qay vaqtda hosil bo‘ladi? Bu yerda qarshiliklarning roli qanday bo‘ladi?
Asllik va uni qo‘llash sohalari. Nisbiy asllik nima. Asllikning radiotexnikadagi ahamiyati haqida aytib bering.
TEST TOPSHIRIQLARI
Rasmda ideal (R=0) va real (R0) tebranish konturlari tasvirlangan. Shu konturlarda yuz beradigan erkin elektromagnit tebranishlarni quyidagi qaysi differensial tenglamalar to‘g‘ri ifodalaydi:
q'' R q'
2
1 q 0
LC
q''
1 q 0
LC
1 kontur uchun b) tenglama, 2 kontur uchun a) tenglama;
1 kontur uchun a) tenglama, 2 kontur uchun b) tenglama;
1 va 2 kontur uchun ham a) tenglama;
1 va 2 kontur uchun ham b) tenglama.
Ideal tebranish konturi sig‘imi 5 mkF kondensator va induktivligi L=0,2 Gn bo‘lgan g‘altakdan tashkil topgan. Kontur kondensatori qoplamalaridagi maksimal tok kuchini toping.
a) 0,45 A; b) 0,43 A; c) 0,44 A; d) 0,42 A.
Tok kuchi J=100sin314t qonun bo‘yicha o‘zgaradi. Shu tokning amplituda qiymati (Im), siklik chastotasi (), chiziqli chastotasini () va davrini (T) toping:
a) Jm=100 A, =314 c-1, =50 Gs, T=0,02 s;
b) Jm=100 A, =100 c-1, =1 Gs, T=0,2 s;
c) Jm=141 A, =100 c-1, =3.14 Gs, T=2 s;
d) Jm=100 A, =3,14 c-1, =314 Gs, T=0,002 s.
Sig‘imi 4 mkF bo‘lgan kondensatorning chastotasi 50 Gs bo‘lgan o‘zgaruvchan tok tarmog‘idagi qarshiligi qancha:
a) 0,4 kOm; b) 0,8 kOm; c) 0,6 kOm; d) 0,2 kOm.
AB qismdan o‘zgarmas va o‘zgaruvchan tok o‘tkazilishi mumkin. L, R va C bor qismlardan qanday tok o‘tishi mumkin. L – ancha katta deb hisoblansin:
C – dan o‘zgaruvchan, L - dan o‘zgarmas, R – dan o‘zgarmas va o‘zgaruvchan;
C – dan o‘zgarmas, L – dan o‘zgarmas va o‘zgaruvchan, R – dan o‘zgarmas va o‘zgaruvchan;
R, L va C – larda o‘zgarmas va o‘zgaruvchan tok bir xilda o‘tadi;
To‘g‘ri javobni aytib bo‘lmaydi.
ADABIYOTLAR
S. Frish, A. V. Timoreva. Umumiy fizika kursi. II qism. Toshkent. “O‘qituvchi”, 1969.
S. Kalashnikov. Elektr. Toshkent. “O‘qituvchi”, 1972.
I. V. Savelev. Umumiy fizika kursi. II qism. Toshkent. “O‘qituvchi” 1974.
Д. Джонколи. Физика. II том. Москва. “Мир”, 1989.
O. Q. Quvondiqov, X. O. Shakarov. Fizikadan test topshiriqlari. Samarqand, 1993.
O. Q. Quvondiqov. Elektromagnetizm. Ma’ruzalar matni. Samarqand. 2000.
I. T. Turdibekov, N. X. Xoldorov. Elektromagnetizmdan laboratoriya ishlari. Toshkent. UzFA. “Fan” nashriyoti, 2008.
O.Quvondiqov, I.Turdibekov, N.Xoldorov
ELEKTROMAGNETIZM
(O‘quv qo‘llanma)
Samarqand, “Zarafshon” nashriyoti DK, 2013. –256 б.
Muharrirlar: Sh. Sariyev,
M. Abduraxmonov
Musahhih: G.Xoldorova
Tex.muharrir: B.Omonov
Sahifalovchi: S. Axtamova
Terishga 25.09.13da berildi. Bosishga 10.10.13 da imzolandi.
Bichimi 60х84 1/16.Ofset bosma qog‘ozi. «Times» garniturasi. Ofset bosma usuli. 16.0 shart.b.t. 14.0 hisob-nash.tab.
Adadi 300 nusxada. Buyurtma 92.
Bahosi kelishilgan narxda.
zar-nashriyot@inbox.uz “Zarafshon” nashriyoti Davlat korxonasi, Samarqand sh, A.Temur ko‘chasi 12 uy.
ТИПОГРАФИЯ НОМИ
Do'stlaringiz bilan baham: |