Номер 5, страница 148 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 29. Резонанс в электрических цепях - номер 5, страница 148.

Условие.

5. Где следует учитывать явление электрического резонанса?

Решение.

5. Где следует учитывать явление электрического резонанса?

Явление электрического резонанса — это резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний силы тока и/или напряжения в электрической цепи, содержащей индуктивность ($\text{L}$) и ёмкость ($\text{C}$), при совпадении частоты внешнего переменного напряжения с собственной частотой колебательного контура. Условие резонанса для последовательного контура — равенство индуктивного и ёмкостного сопротивлений: $X_L = X_C$. Это явление может быть как полезным, так и вредным, поэтому его необходимо учитывать в ряде областей, чтобы избежать негативных последствий.

Учитывать явление резонанса следует в следующих случаях:
1. Электроэнергетика: В длинных линиях электропередачи, обладающих распределенной индуктивностью и ёмкостью, а также в сетях с компенсирующими конденсаторными установками может возникнуть резонанс. Это приводит к появлению опасных перенапряжений и сверхтоков, способных повредить дорогостоящее оборудование (трансформаторы, изоляторы, выключатели).
2. Проектирование электронных схем: Любая схема, содержащая катушки индуктивности и конденсаторы, потенциально является колебательным контуром. Нежелательный (паразитный) резонанс, вызванный паразитными ёмкостями и индуктивностями монтажа, может привести к неустойчивой работе усилителей, генераторов и других устройств, вызывая самовозбуждение и искажение сигналов.
3. Высокочастотная техника: В радиочастотных и микроволновых устройствах даже незначительные паразитные ёмкости и индуктивности могут образовать резонансные контуры, нарушающие работу устройства. Это требует тщательного проектирования печатных плат и расположения компонентов.
4. Аудиотехника: В звуковых усилителях и акустических системах (например, в разделительных фильтрах колонок) нежелательные резонансы могут приводить к появлению пиков и провалов в амплитудно-частотной характеристике, что значительно ухудшает качество звучания.

Ответ: Явление электрического резонанса следует учитывать при проектировании и эксплуатации линий электропередачи, любых электронных и высокочастотных схем, а также аудиотехники, чтобы предотвратить повреждение оборудования, обеспечить стабильность работы устройств и избежать искажения сигналов.

6. Где используется явление электрического резонанса?

Несмотря на потенциальную опасность, явление электрического резонанса нашло широкое применение в технике благодаря своей способности избирательно реагировать на определённую частоту.

Основные области применения резонанса:
1. Радиотехника и связь: Это основная сфера применения резонанса. Резонансные (колебательные) контуры являются основой:
– Настроечных цепей в радиоприёмниках и передатчиках. Изменяя ёмкость или индуктивность контура, его настраивают в резонанс с частотой нужной радиостанции, что позволяет выделить её сигнал на фоне всех остальных.
– Электрических фильтров, которые пропускают или подавляют сигналы в определённом диапазоне частот (полосовые, заграждающие фильтры).
– Генераторов стабильных электрических колебаний (осцилляторов), которые создают несущую частоту для передатчиков и являются основой работы цифровой техники.
2. Индукционный нагрев: В установках индукционного нагрева (например, в индукционных плитах) используется резонансный контур для создания мощного переменного тока в катушке-индукторе. Работа на резонансной частоте позволяет максимизировать ток и, соответственно, эффективность нагрева металлической заготовки за счёт вихревых токов.
3. Беспроводная передача энергии: Технология резонансной индуктивной связи использует два контура, настроенных на одну и ту же резонансную частоту, для эффективной передачи энергии на расстояние. Это применяется для беспроводной зарядки гаджетов, электромобилей и медицинских имплантов.
4. Металлоискатели: Работа металлоискателя основана на изменении параметров колебательного контура (его резонансной частоты) при внесении в его электромагнитное поле металлического предмета.
5. Медицина: Принцип магнитного резонанса, используемый в магнитно-резонансной томографии (МРТ), является аналогом электрического резонанса на уровне атомных ядер.

Ответ: Явление электрического резонанса используется в радиотехнике для настройки на нужную частоту и фильтрации сигналов, в генераторах для создания стабильных колебаний, в индукционных нагревателях и системах беспроводной зарядки для эффективной передачи энергии, а также в металлоискателях.