Номер 3, страница 48, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 74. Электромагнитные колебания. Вопросы и задания - номер 3, страница 48.

Условие.

3. В каких устройствах используются колебательные контуры?

Решение.

Колебательный контур, также известный как LC-контур, — это электрическая цепь, состоящая из катушки индуктивности (L) и конденсатора (C). Основное свойство такого контура — это явление резонанса, то есть способность вступать в интенсивные колебания при совпадении внешней частоты с его собственной (резонансной) частотой. В контуре происходят свободные электромагнитные колебания, в ходе которых энергия электрического поля конденсатора периодически превращается в энергию магнитного поля катушки и обратно.

Собственная частота идеального колебательного контура (без учёта сопротивления) определяется формулой Томсона:

$f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$

где $f_0$ — резонансная частота в Герцах (Гц), L — индуктивность катушки в Генри (Гн), C — ёмкость конденсатора в Фарадах (Ф).

Благодаря своей способности резонировать на определённой частоте, колебательные контуры являются ключевыми элементами для генерации электромагнитных колебаний и для выделения (фильтрации) колебаний нужной частоты из сложного сигнала. Это обусловило их широкое применение в различных устройствах.

Радиоприёмники и радиопередатчики

Это классическое и наиболее известное применение колебательных контуров. В радиоприёмниках настраиваемый колебательный контур служит для выбора нужной радиостанции. Изменяя ёмкость переменного конденсатора или индуктивность катушки, мы меняем резонансную частоту контура. Когда она совпадает с частотой несущей волны радиостанции, сигнал этой станции резко усиливается, а сигналы других станций ослабляются. В радиопередатчиках колебательные контуры используются в задающих генераторах для создания стабильной несущей частоты, на которой будет передаваться информация.

Фильтры частот

LC-контуры широко применяются в качестве частотных фильтров в различной аппаратуре. Они могут быть настроены как:

• Полосовые фильтры, пропускающие сигналы в определённом узком диапазоне частот.
• Заграждающие (режекторные) фильтры, которые подавляют сигналы определённой частоты.

Такие фильтры используются в аудиотехнике (эквалайзеры, кроссоверы в акустических системах для разделения частот между динамиками), в блоках питания для сглаживания пульсаций, а также в системах связи для выделения полезного сигнала из шума.

Металлодетекторы

Работа металлодетектора основана на колебательном контуре. Катушка индуктивности контура создаёт переменное магнитное поле. Когда в это поле попадает металлический предмет, в нём индуцируются вихревые токи. Эти токи создают собственное ответное магнитное поле, которое изменяет параметры (индуктивность и добротность) катушки контура. Изменение параметров приводит к сдвигу резонансной частоты, что регистрируется электронной схемой прибора и преобразуется в звуковой или визуальный сигнал.

Системы индукционного нагрева

Мощные колебательные контуры применяются для генерации высокочастотных и сильных переменных магнитных полей. Эти поля используются для бесконтактного нагрева металлических деталей в промышленности (плавка, закалка, пайка). Переменное магнитное поле индуцирует в металле мощные вихревые токи, которые и разогревают его за счёт омических потерь (эффект Джоуля-Ленца).

Беспроводная передача энергии

Технология резонансной индуктивной связи, используемая в современных беспроводных зарядных устройствах, основана на двух согласованных колебательных контурах. Один контур находится в передатчике (зарядной станции), другой — в приёмнике (например, в смартфоне). Оба контура настроены на одну и ту же резонансную частоту, что позволяет передавать энергию между ними с высокой эффективностью на небольшом расстоянии.

Генераторы сигналов и синтезаторы частот

Колебательные контуры являются сердцем генераторов гармонических (синусоидальных) сигналов. Такие генераторы необходимы для настройки, тестирования и ремонта различной радиоэлектронной аппаратуры. В современных устройствах связи (мобильных телефонах, Wi-Fi роутерах) используются синтезаторы частот, которые также содержат в своей основе управляемые колебательные контуры для формирования сигналов в широком диапазоне частот.

Ответ: Колебательные контуры используются в устройствах, работа которых связана с генерацией или выделением (фильтрацией) электромагнитных колебаний определённой частоты. К таким устройствам относятся: радиоприёмники и радиопередатчики (для настройки на станцию и генерации несущей частоты), телевизоры, частотные фильтры в аудиоаппаратуре и блоках питания, металлодетекторы, системы индукционного нагрева, беспроводные зарядные устройства, а также генераторы сигналов и синтезаторы частот в измерительной и связной технике.