Творческое задание, страница 18 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. Практические применения колебательного контура и генератора на транзисторе.

2. Электромагнитные колебания в живой природе.

1. Практические применения колебательного контура и генератора на транзисторе.

Колебательный контур и генератор на транзисторе являются фундаментальными компонентами многих электронных устройств. Их способность генерировать и выделять электрические колебания определенной частоты нашла применение в самых разных областях, от радиосвязи до цифровой техники.

Колебательный контур, также известный как LC-контур, представляет собой простую электрическую цепь, состоящую из катушки индуктивности (L) и конденсатора (C). Главное свойство такого контура — это явление резонанса. Контур обладает собственной (резонансной) частотой колебаний, которая определяется его параметрами — индуктивностью и емкостью — согласно формуле Томсона:
$f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$
Когда на контур воздействует переменное напряжение с частотой, совпадающей с его собственной частотой $f_0$, амплитуда колебаний тока и напряжения в контуре резко возрастает. Это свойство избирательности по частоте лежит в основе большинства его применений. В реальных контурах всегда есть активное сопротивление, которое приводит к затуханию свободных колебаний из-за потерь энергии.

Основные практические применения колебательного контура:

1. Радиотехника (настроечные контуры): Классическое применение LC-контура — это входная цепь радиоприемника. Антенна принимает электромагнитные волны от множества радиостанций одновременно. Колебательный контур, резонансная частота которого настраивается путем изменения емкости переменного конденсатора, позволяет выделить из всего спектра сигналов только один, нужный, сигнал той радиостанции, на частоту которой он настроен.

2. Фильтры частот: Колебательные контуры используются для создания фильтров, которые могут пропускать сигналы в определенной полосе частот (полосовые фильтры) или, наоборот, подавлять сигналы определенной частоты (режекторные фильтры). Это широко применяется в аудиоаппаратуре, например, в кроссоверах акустических систем для разделения звукового сигнала на высокочастотную, среднечастотную и низкочастотную составляющие, которые затем подаются на соответствующие динамики.

3. Металлоискатели: В основе работы металлоискателя лежит колебательный контур, катушка индуктивности которого является поисковым элементом. Эта катушка создает переменное магнитное поле. Приближение к металлическому предмету вызывает в нем индукцию вихревых токов. Эти токи создают собственное магнитное поле, которое изменяет индуктивность катушки контура, что, в свою очередь, приводит к изменению его резонансной частоты. Электронная схема фиксирует это изменение и сигнализирует о находке.

Для получения незатухающих колебаний, которые необходимы во многих устройствах (например, в радиопередатчиках), колебательный контур дополняют усилительным элементом и цепью обратной связи, создавая генератор незатухающих колебаний. Чаще всего в качестве усилительного элемента используется транзистор. Генератор на транзисторе — это автоколебательная система, которая преобразует энергию источника постоянного тока в энергию незатухающих колебаний заданной частоты. Транзистор восполняет потери энергии в контуре на каждом периоде колебаний, поддерживая их постоянную амплитуду.

Основные практические применения генератора на транзисторе:

1. Радио- и телепередатчики: Генератор является "сердцем" любого передатчика. Он вырабатывает высокочастотный синусоидальный сигнал — несущую частоту. Далее этот сигнал модулируется полезным сигналом (звуком, изображением) и излучается в эфир через антенну.

2. Цифровая электроника (тактовые генераторы): Вся современная цифровая техника — компьютеры, смартфоны, микроконтроллеры — работает синхронно. Темп работы всех узлов (процессора, памяти) задается тактовым генератором. Он производит стабильные периодические импульсы с высокой частотой. В качестве частотозадающего элемента в таких генераторах часто используют кристалл кварца (кварцевый резонатор), который обеспечивает чрезвычайно высокую стабильность частоты.

3. Индукционный нагрев: Мощные высокочастотные генераторы применяются для плавки металлов, закалки стальных деталей, пайки и сварки. Ток высокой частоты от генератора пропускается через катушку-индуктор, создавая сильное переменное магнитное поле, которое нагревает помещенный внутрь металл за счет вихревых токов.

4. Преобразователи напряжения (инверторы): Устройства, преобразующие постоянное напряжение в переменное (например, 12В от аккумулятора в 220В для бытовой сети), используют в своей основе генератор. Он создает переменное напряжение нужной частоты (например, 50 Гц), которое затем повышается до требуемого уровня с помощью трансформатора.

Ответ: Практические применения колебательного контура и генератора на транзисторе чрезвычайно широки и охватывают ключевые области современной техники. Колебательные контуры являются основой для настройки на нужную частоту в радиоприемниках, создания частотных фильтров в аудиотехнике и системах связи, а также используются в металлоискателях. Генераторы на транзисторах, являясь развитием идеи колебательного контура, создают незатухающие колебания и служат "сердцем" радиопередатчиков, тактовыми генераторами в компьютерах и смартфонах, источниками энергии для индукционного нагрева, а также являются ключевым элементом в преобразователях напряжения и синтезаторах звука.