Skolēns paralēli spolei L pieslēdz osciloskopu. Vispirms skolēns pārslēdz slēdzi S stāvoklī 1, pēc laika slēdzi S pārslēdz stāvoklī 2. Uz osciloskopa ekrāna novēro svārstību grafiku.
Analizē enerģijas pārvērtības slēgumā, kas sastāv no kondensatora C un spoles L, ja neievēro ķēdes aktīvo pretestību! Uzraksti matemātiskās sakarības atsevišķo enerģijas veidu aprēķināšanai! Uzraksti šajās sakarībās ieejošo lielumu nosaukumus!
Uzzīmē aptuvenu grafiku, kurš ir redzams uz osciloskopa ekrāna, ja neņem vērā ķēdes aktīvo pretestību!
Kas mainīsies, ja ievēro ķēdes aktīvo pretestību?
Otrreiz skolēns veic to pašu eksperimentu, kad spolē ir ievietota feromagnētiska materiāla serde. Atkal uz osciloskopa ekrāna novēro svārstību grafiku. Kādas izmaiņas novēro attēlā uz osciloskopa ekrāna?
Svārstību kontūrs sastāv no kondensatora, kura kapacitāte \(C\), un magnētiskās spoles, kuras induktivitāte \(L\). Pēc slēdža pārslēgšanas stāvoklī 2 sākas elektromagnētiskās svārstības. Ja neievēro kontūra aktīvo pretestību, tad kontūra pilnā enerģija \(W_{\mathrm {pilna}}\), kas ir kondensatoru elektriskā lauka un spoles magnētiskā lauka enerģiju summa, svārstību laikā nemainās.
No sākuma visa kontūra enerģija ir koncentrēta kondensatorā \(W_{\mathrm{pilna}}=\frac{CU_{\mathrm{max}}^2}{2}\), kur \(U_{\mathrm{max}}\) ir maksimālais spriegums starp kondensatora klājumiem. Pieslēdzot kondensatoram spoli, spolē plūst strāva un ap to rodas mainīgs magnētiskais lauks. Kad kondensators ir pilnīgi izlādējies, spriegums starp kondensatora klājumiem ir vienāds ar nulli, tad visa kontūra enerģija ir koncentrēta spolē \(W_{\mathrm{pilna}}=\frac{LI_{\mathrm{max}}^2}{2}\), kur \(I_{\mathrm{max}}\) – maksimālais strāvas stiprums spoles vijumos.
Tālāk kondensators sāk pārlādēties, enerģija no spoles plūst atpakaļ kondensatorā. Kad spriegums starp kondensatora klājumiem atkal sasniedz maksimālo vērtību \(U_{\mathrm{max}}\), kontūra enerģija ir koncentrēta kondensatorā \(W_{\mathrm{pilna}}=\frac{CU_{\mathrm{max}}^2}{2}\). Tā noslēdzas pilns kondensatora izlādes – uzlādes cikls, un pēc viena svārstību perioda viss atkārtojas.
Ja neņem vērā kontūra aktīvo pretestību, tad uz osciloskopa ekrāna ir redzams momentānā sprieguma \(u\) vai momentānā strāvas stipruma \(i\) sinusa vai kosinusa grafiks (skatīt attēlu 1.). Svārstības notiek ar nemainīgu amplitūdu bezgalīgi ilgi:
Attēls 1
Ja ņem vērā kontūra aktīvo pretestību, tad pakāpeniski kontūra enerģija izkliedējas siltumā un uz osciloskopa ekrāna ir redzamas rimstošas svārstības.
Ja spolē ievieto feromagnētiskā materiāla serdi, tad spoles induktivitāte \(L\) palielinās. Saskaņā ar Tomsona formulu \(T=2\pi\sqrt{LC}\), svārstību periods \(T\) arī palielinās. Uz osciloskopa ekrāna novērotais svārstību grafiku ir "izstiepts" horizontālajā virzienā (skatīt attēlu 2.).
Attēls 2.
Vērtēšanas kritēriji
Analizē enerģijas pārvērtības kontūrā, lieto atbilstošas formulas un terminus – 1 punkts.
Izvēlas koordinātu asis, pieraksta asu nosaukumus un fizikālo lielumu mērvienības, attēlo nerimstošu svārstību sinusa vai kosinusa grafiku – 1 punkts.
Skaidro, kas mainīsies, ja ievēro ķēdes aktīvo pretestību – 1 punkts.
Skaidro, kas mainīsies, ja spoles induktivitāte palielināsies pēc feromagnētiskā materiāla serdes ievietošanas tajā. Izvēlas koordinātu asis, pieraksta asu nosaukumus un fizikālo lielumu mērvienības, attēlo nerimstošu svārstību sinusa vai kosinusa grafiku ar lielāku periodu salīdzinājumā ar grafiku bez serdes – 1 punkts.