Что является источником электромагнитных колебаний:
а) в цепи катушки и гальванометра (см. рис. 310);
б) в осциллографе, подключённом в сеть (рис. 324, а);
в) в колебательном контуре (рис. 324, б)?
Какие возникают колебания в каждом случае − свободные или вынужденные?

рис. 310

рис. 324

Электромагнитные колебания — это периодически изменяющиеся процессы в электрической цепи, при которых энергия переходит из электрического поля в магнитное поле и обратно. Такие колебания являются основой многих физических явлений и технологий, например, радиосвязи, работы телевизоров, осциллографов и других устройств.

Для анализа источников электромагнитных колебаний и их характера (свободные или вынужденные), важно понимать следующие базовые понятия:

Природа свободных и вынужденных колебаний:
− Свободные колебания возникают в системе, которая была выведена из равновесия внешним воздействием, но после этого продолжает колебаться благодаря внутренним свойствам, без дальнейшего влияния извне. В случае электрической цепи, энергия в системе периодически меняется между электрической и магнитной формой.
− Вынужденные колебания происходят в цепи, на которую постоянно действует внешняя периодическая сила или источник энергии. В этом случае система поддерживает колебания благодаря постоянному воздействию извне.

Колебательный контур:
Колебательный контур состоит из катушки индуктивности и конденсатора, соединённых в электрическую цепь. Его функционирование основано на следующих процессах:
1. Если конденсатор заряжен, его электрическое поле сохраняет энергию.
2. При разрядке конденсатора ток начинает течь через катушку индуктивности, создавая магнитное поле.
3. Энергия магнитного поля постепенно возвращается в электрическое поле конденсатора, который вновь заряжается, но с обратной полярностью.
4. Этот процесс повторяется до тех пор, пока энергия не будет полностью рассеяна вследствие сопротивления в цепи.

Таким образом, в идеальном колебательном контуре без потерь происходят свободные колебания.

Вынужденные колебания в электрической цепи:
Когда в цепь добавляется внешний источник энергии, например, генератор переменного напряжения, в системе создаются вынужденные колебания. В этом случае энергия поступает извне и поддерживает колебания в системе. Частота таких колебаний обычно совпадает с частотой внешнего источника.

Работа осциллографа:
Осциллограф является инструментом, который визуально показывает переменные электрические сигналы. Когда осциллограф подключён к сети, он отображает вынужденные электромагнитные колебания, которые приходят от источника переменного напряжения. Эти колебания возникают благодаря работе генератора переменного тока и имеют постоянную частоту, определяемую сетью.

Магнитная индукция и возникающие токи:
На рисунке 310 представлена цепь с катушкой и гальванометром. При движении магнита вверх и вниз через катушку в ней возникает переменный ток. Этот ток создаётся благодаря явлению электромагнитной индукции — изменению магнитного потока через витки катушки.

Здесь важно отметить:
− Когда магнит движется, в катушке индуцируется переменный электрический ток.
− Эти колебания не являются свободными, поскольку их возникновение полностью обусловлено движением магнита. Это пример вынужденных колебаний, вызванных внешним воздействием.

Таким образом, для каждого случая можно определить источник колебаний и их характер:
1. В цепи с катушкой и гальванометром колебания возникают из−за движения магнита; это вынужденные колебания.
2. В осциллографе, подключённом к сети, колебания поддерживаются внешним источником переменного напряжения; они также вынужденные.
3. В колебательном контуре колебания могут быть свободными, если в системе нет потерь энергии и внешнего воздействия.