Annales gratuit bac 2006 Фізика Кераміка та ультразвук
Суб'єкт зосереджується на характеристиках хвиль у першій частині, потім розглядає явище резонансу в електриці та схему RLC в псевдоперіодичних режимах (тоді модель LC).
Тема середньо важка. Перше та останнє запитання класичні. Для лікування центральної частини необхідно добре розуміти явище.
КЕРАМІКА ТА УЛЬТРАЗВУК (4 бали)
Ультразвук застосовується в багатьох сферах повсякденного життя: ультразвук, детектори присутності в сигналізаціях тощо. Ультразвукові передавачі та приймачі часто виготовляються з п'єзоелектричної кераміки.
Частини 1 і 2 цієї вправи є незалежними.
1. Випромінювання та розповсюдження ультразвукової хвилі, яку виробляє п'єзоелектрична кераміка
Коли між двома металізованими та протилежними гранями п'єзоелектричної кераміки подається синусоїдальна напруга достатньої амплітуди та відповідної частоти, вона починає вібрувати. Коли кераміка резонує, вона випромінює ультразвук.
Частота випромінюваного ультразвуку дорівнює частоті вібрації випромінюючої кераміки.
1.1. Поширення ультразвукових хвиль
Виконується монтаж, показаний схематично на Фіг.7 нижче. Приймач, виготовлений з приймальної кераміки, розміщений на відстані d, зверненою до передавальної кераміки.
На клемах приймаючої кераміки з'являється напруга тієї ж частоти, що і отриманий ультразвук. Ця напруга відображається на каналі А осцилографа. Отримана осцилограма показана на малюнку 8 нижче. Коефіцієнт розгортки дорівнює 10 мкс/діл, а вертикальна чутливість - 0,2 В/діл.
Слід нагадати, що швидкість ультразвуку в повітрі в умовах експерименту становить пар = 340 мс с -1.
1.1.1. Визначте період Т і частоту f напруги, що спостерігається за допомогою осцилографа.
1.1.2. Вивести частоту fu ультразвук. Для виправдання.
1.1.3. Дайте буквальний вираз, тоді значення довжини хвилі l ультразвуку в повітрі.
1.2. Резонанс випромінюючої кераміки
Для відповідного значення частоти прикладеної синусоїдальної напруги, амплітуда якої залишається постійною, випромінююча кераміка вступає в резонанс. Тоді синусоїдальна напруга відіграє роль збудника, а керамічна - резонатора.
1.2.1. Що можна сказати про значення частоти збуджуючої напруги при резонансі ?
1.2.2. Опишіть якісно явище резонансу з урахуванням амплітуди вібрації кераміки.
2. Вільні коливання в послідовному контурі RCL
Вивчити умови отримання вільних електричних коливань на власній частоті fo = 40 кГц, створюється схема, схематично показана на Фіг.9 нижче. Осцилограф пам'яті реєструє напругу на конденсаторі. Осцилограма показана на малюнку 10 нижче.
Котушка має значення індуктивності L = 1,0 мГн R - загальний опір ланцюга. Конденсатор спочатку заряджається під напругою Uc = 4,0 В.
На момент побачення т = 0 с, замикаємо вимикач K.
2.1. Як називається тип дієти, відповідний малюнку 10 ?
2.2. Інтерпретуйте з точки зору енергії загасання коливань, яке ми спостерігаємо.
2.3. Як ми можемо уникнути згасання коливань, знаючи, що опір ланцюга не може бути нульовим ?
2.4. Вкажіть, чи є твердження нижче щодо вільних коливань RLC-диполя істинними чи хибними. Коментар коротко.
ЗАЯВА 1: Підвищенням опору Р. диполя RLC ми завжди спостерігатимемо затухаючі коливання.
ПІДТВЕРДЖЕННЯ 2: величина природного періоду RLC-диполя залежить від початкового заряду конденсатора.
2.5. Визначення ємності конденсатора
У досліджуваному випадку загасання досить слабке, щоб можна було сплутати псевдоперіод RLC-диполя з природним періодом До LC-диполя (L і VS мають однакові відповідні значення в обох випадках).
2.5.1. Розглянемо схему LC, зображену на малюнку 11 нижче, перемикач K розімкнений і напруга на конденсаторі дорівнює Uo. На момент побачення т = 0 , замикаємо вимикач K.
Після встановлення вираження інтенсивності i струм як функція напруги uc показують, що диференціальне рівняння перевіряється напругою uc(т) через конденсатор:
2.5.2. Рішення цього диференціального рівняння можна записати
Виведіть, використовуючи диференціальне рівняння, буквальний вираз природного періоду Т0 ланцюга.
2.5.3. Обчисліть значення ємності C конденсатора, щоб отримати коливання на частоті f0 = 40 кГц.
Я - РЕЗУЛЬТАТИ
1.2.1. Це власна частота резонатора.
1.2.2. Амплітуда переходить максимум при резонансі.
2.1. Псевдоперіодична дієта.
2.2. Демпфування переводить втрати ефекту Джоуля у вигляді теплової енергії.
2.3. Ми можемо використовувати збірку з негативним опором.
2.4.
ЗАЯВА 1: Неправда
ЗАЯВА 2: Неправда
Диференціальне рівняння походить із закону сітки.
II- КОМЕНТАРИ І ДЕТАЛІ РЕЗУЛЬТАТІВ
1.1.1. Період напруги становить 2,5 поділки, але коефіцієнт розгортки -
10 мкс/діл. Отже, Т = 2,5 × 10 × 10 -6 с
Є Т = 25 мкСм
Це графічне вимірювання, яке переважно робити протягом 2 періодів для підвищення точності.
Частота є оберненою до періоду.
Є f = 4,0 × 104 Гц
1.1.2. Відповідно до твердження: "На затискачах приймальної кераміки з'являється напруга тієї ж частоти, що і отриманий ультразвук".
Отже fn = f = 4,0 × 104 Гц
Очікувалося цитування тексту.
40000 Гц добре відповідає ультразвуковій хвилі.
1.1.3. Маємо vair × Т
Нехай l = vair × Т
Нехай l = 340 × 25 × 10 -6 = 8,5 × 10 -3 м
Є λ = 8,5 мм
1.2.1. Значення частоти збуджуючої напруги при резонансі дорівнює власній частоті резонатора (частота вільних коливань).
Це важлива властивість резонансного явища.
1.2.2. При резонансі амплітуда керамічної вібрації проходить максимум .
Це визначення резонансу.
2.1. Це псевдоперіодична дієта .
Це відповідає випадку "слабо затухаючого".
2.2. При кожному обміні між електричною енергією конденсатора та магнітною енергією котушки частина енергії перетворюється в теплову енергію за допомогою ефекту Джоуля в опорі.
2.3. Оскільки опір не можна скасувати, необхідно використовувати пристрій, який компенсує втрати. Для цього ми можемо використовувати агрегат "негативний опір". .
Це складна асамблея, про яку не вимагали.
2.4. ЗАЯВА 1: Неправда
З певного значення опору ми досягаємо критичного тоді надкритичного (або апериодичного) режиму, для якого більше немає коливань.
ЗАЯВА 2: Неправда
Цей період залежить лише від індуктивності L та ємності C.
Вислів 1 тонкий для розуміння, оскільки занадто швидкі міркування можуть призвести до відповіді "Правда".
2.5.1. На схемі фігури 11, i і uc знаходяться в конвенції приймача і тому
Відповідно до закону про сітку uC + uL = 0
є
2.5.2. Наведене рішення повинно перевірити диференціальне рівняння:
Це демонстрація курсу.
2.5.3.
і
тому
є
Це стабільне значення для потужності.
III - ІНСТРУМЕНТИ: ЗНАННЯ І НОУ-ХАУ
IV - ОБМЕЖЕННЯ ВПРАВИ
За цією назвою "Кераміка та ультразвуки", трохи інтригуючою, ви, мабуть, помітили, що вправа не представляє великих труднощів для тих, хто добре знає свій курс.
Вправа починається з того, що ви робите просте графічне визначення, а також огляд основ хвиль (період, частота).
Складність дещо зростає з вивченням резонансного явища, але питання залишаються якісними.
По-друге, вправа переходить до іншої частини програми: диполя RLC.
Тут знову питання залишаються якісними, але майже на всі концепції курсу необхідно правильно відповісти.
Нарешті, приходить найбільш обчислювальна частина з вивченням RL-диполя, розглядається як окремий випадок RLC, коли R незначний. Два "великі" розрахунки, про які йшлося, були демонстрацією уроків.