Резонанс – это?

Понятие резонанса используется в нескольких науках, известен механический, акустический и электрический резонанс. Нас в первую очередь интересует само понятие и его определение в физике и электротехнике. Нужно отметить, что большую роль в исследовании этого исследования сыграл Никола Тесла, один из самых знаменитых физиков 20 века.

Графическое отображение

Физическое определение имеет довольно сложный и громоздкий вид, на первый взгляд, но если разобраться, там нет ничего сверхъестественного. Резонанс – это частотно-избирательный пиковый отклик колебательной системы на периодическое воздействие силы или сил, при совпадении их амплитуды с внутренними значениями системы.

Физическое определение

Свойство колебательной системы значительно увеличивать амплитуду при воздействии внешней силы с частотой, совпадающей с внутренней частотой системы, было описано ещё Галилео Галилеем в 1602 году в работе, посвящённой изучению струнного инструмента и маятников.

Явление получило название резонанс, от латинского «resono» – «откликаюсь». Позже были выявлены и остальные свойства и характеристики этого физического явления. Также была отмечена интересная особенность этого явления – выделение или усиление слабого сигнала, которая в настоящее время является востребованной во многих областях знаний, в том числе электротехнике.

Исследованием этого явления занимались такие мэтры, как Герц и Тесла. И если Герц только исследовал и структурировал информацию по нему, то Никола Тесла пытался использовать его свойства для передачи энергии на расстояния. Как пример, так называемая башня Ворденклиф, представляющая собой резонансный трансформатор. Теория Теслы о всемирной беспроводной сети была основана на использовании резонансных приёмо-передающих башен. Винтовой резонатор в виде катушки Теслы и расположенный на высоте терминал могли бы использоваться в качестве этих станций.

Данный принцип широко используется в повседневной жизни, например, акустические музыкальные инструменты, особенности архитектуры культурных сооружений и даже выталкивание автомашины, застрявшей в грязи.

Достоинства и недостатки явления

Как и других физических явлений, исследования резонанса велись с целью использовать его действие в полезных целях, но как выяснилось, плюсы и минусы резонанса примерно равноценны. При неверном использовании он может разрушить систему, а при правильном – усилить сигнал, главное – определить границу, до какой мощности его довести.

Эталоном использования его в электротехнике может служить трансформатор Тесла, на сегодняшний день являющийся классическим примером высокочастотных трансформаторов, основанных на этом эффекте. Он представляет собой открытый последовательный колебательный контур, который при подаче на него напряжения, равного по частоте внутренней частоте самой системы, повышает напряжение до критической величины, при необходимости, усиливая любой сигнал, попавший в него. Как и другие резонаторы, это устройство состоит из внешней и внутренней катушек.

Трансформатор Тесла

Резонанс в электрических цепях

В том случае, если частота напряжения, подаваемого извне, совпадает с частотой колебаний внутри сети, то возникает электрический резонанс. Это проявляется в возрастании напряжения и силы тока внутри системы, это может, как вывести приборы и элементы сети из строя, но, с другой стороны, позволить усилить какой-либо сигнал или ток.

Различают параллельный и последовательный резонанс. Последовательный –происходит в последовательном колебательном контуре при его подключении к напряжению со значением, совпадающим с его собственным. Параллельный, он же резонанс токов, – состоит из параллельного контура. Он усиливает силу тока, в отличие от последовательного, который увеличивает напряжение. Существует также комбинированный, последовательно-параллельный резонанс, он совмещает возможности резонанса тока и напряжения.

На этом принципе основаны так называемые высокочастотные резонансные трансформаторы, известные также как катушки Тесла. Из-за этого явления растут потенциал и сила тока, вплоть до того, что из-за ионизации атомов газа около обмотки возникают различные визуальные эффекты в виде электрической дуги и коронных разрядов.

Башня Ворденклиф (реконструкция)

Эти устройства широко применяются в радиоэлектронике, например, как усилители сигнала. Кроме того на основе открытых колебательных контуров и электрического резонанса созданы и работают антенны, обеспечивающие как связь, так и нужды армии. Резонаторы используются:

• РЛС дальнего и ближнего обзора, как усилители принимаемого отражённого сигнала;
• радиостанции;
• радиоприёмники и другие принимающие устройства.

Явление резонанса исследовалось величайшими учёными-физиками: Герцем, Н. Теслой, Т. Хардом и другими. Его пытались использовать для беспроводниковой передачи энергии и в качестве оружия.

Видео