Содержание

Условия возникновения резонанса в электрической цепи

В идеальном колебательном контуре могут существовать свободные электромагнитные колебания, собственная частота которых определяется по формуле Томсона.

Соединим колебательную систему с источником переменного напряжения — генератором. ЭДС генератора будет создавать в контуре переменный электрический ток, частота которого будет совпадать с частотой смены ЭДС, т.е. в контуре возникнут вынуждены электромагнитные колебания.

Если изменять емкость конденсатора или индуктивность катушки, изменяя тем самым собственную частоту колебаний контура, то можно заметить, что:

1) при приближении собственной частоты контура к частоте изменения внешней ЭДС амплитуда вынужденных колебаний силы тока будет увеличиваться;

2) чем больше сопротивление контура, тем слабее выражен всплеск амплитуды колебаний силы тока.

Характер зависимости силы тока от частоты постоянного значения напряжения U можно предположить на основе анализа закона Ома для цепи переменного тока.

Амплитуда силы тока будет максимальной при минимальном полного сопротивления. Сопротивление R не зависит от частоты, а минимальное значение квадрата разности ?L и 1/?C равна нулю. Поэтому максимальная амплитуда силы тока возникает.

Это равенство справедливо, если частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных колебаний в контуре.

Резонанс напряжений заключается в резком увеличении амплитудного значения силы тока Imax при условии, что частота v0 переменного напряжения совпадает с частотой v0 собственных колебаний в контуре из катушки и конденсатора.

На рисунке показана зависимость Imax (v) при различных значениях активного сопротивления цепи. Резонанс является «острым» (то есть график функции Imax (v) имеет узкий высокий максимум) при малых значений активного сопротивления. А когда активное сопротивление очень большой, то резонанс вообще не наблюдают.

категория: Физика

Резонанс – друг и враг

Резонанс – это явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний системы, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к определенным значениям (резонансных частот), обусловленным свойствами системы. Таким образом, причиной резонанса является совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы.

Резонанс встречается в механике, электронике, оптике, акустике, астрофизике.

Явление резонанса лежит в основе проектирования музыкальных инструментов: рояля, скрипки, флейты …

Используется явление резонанса и в электронике. Колебательный контур, состоящий из емкости и индуктивности, используется в элементах настройки и электрических фильтрах. Однако резонанс может быть и вредным, если он вызывает искажение сигнала или паразитные шумы.

Наблюдается резонанс и в космосе, когда два небесных тела, которые имеют периоды обращения, относящихся друг с другом как небольшие целые числа, делают регулярное гравитационное воздействие друг на друга, которое может стабилизировать их орбиты (орбитальный резонанс в небесной механике).

Однако наиболее часто резонанс бывает в классической и строительной механике, а также гидро- и аэромеханике. И, к ​​сожалению, во многих случаях именно тогда, когда он совершенно нежелателен.

… Известно, что военным подразделениям при прохождении мостов приписывается “сбивать ногу” и идти не строевым, а свободным шагом. Горький опыт некоторых катастроф научил военнослужащих в подобных ситуациях отходить от многовековых традиций.

Так, 12 апреля 1831 разрушился Бротонский подвесной мост через реку Ирвелл в Англии, когда по нему шел военный отряд. Частота шагов воинов, шагавших в ногу, совпала с частотой собственных колебаний моста, через которые амплитуда резко возросла, цепи оборвались, и мост рухнул в реку. Именно этот случай, в результате которого два десятка человек были травмированы, способствовал принятию в британской армии правила “идти не в ногу” при прохождении войсками мостов. По той же причине в 1850 году неподалеку от французского города Анже был разрушен подвесной цепной мост над рекой Мин длиной более ста метров, что привело к многочисленным жертвам. Также существует версия, что 1905 году в результате прохождения кавалерийского эскадрона через резонанс разрушился и Египетский мост через реку Фонтанку в Петербурге.

Однако эта версия, скорее всего, безосновательна, поскольку не существует методов дрессировки значительного количества лошадей для их движения “в ногу”.

Причиной разрушения мостов из-за резонанса могут стать не только пешеходы, но и железнодорожные поезда. Для исключения резонанса моста поезд может двигаться или медленно, или на максимальной скорости (вспомните, как замедляют ход поезда метрополитена во время их движения через мост Метро в Киеве). Это обычно делается для исключения совпадения частоты ударов колес по стыкам рельсов с собственной частотой колебаний моста (по этой же причине участок рельсов на мосту часто выполняют сплошной, т.е. без стыков).

Катастрофические последствия для мостов могут послужить также и от воздействия ветра. Так, 7 ноября 1940 через игнорирование действия ветровой нагрузки на мост при его проектировании и вследствие возникновения резонанса разрушился Такомский подвесной мост общей длиной 1800 м и длиной центрального пролета 850 м (США).

С резонансом можно столкнуться не только на суше, но и на море и в воздухе. Так, при некоторых частотах вращения гребного вала в резонанс входили даже корабли. А на заре развития авиации некоторые авиационные двигатели вызывали столь сильные резонансные колебания элементов самолета, что он полностью разрушался в воздухе.

Причиной резонанса элементов летательных аппаратов и их разрушение может стать и флаттер – сочетание самовозбуждающиеся незатухающих изгибающих и крутильных автоколебаний элементов конструкции (главным образом крыла самолета или несущего винта вертолета). Одним из путей борьбы с этим явлением является использование так называемых протифлатерных грузов.

Интересно, что крепления двигателей на пилонах крыльев самолетов – это не прихоть конструкторов и дизайнеров, а насущная необходимость, поскольку двигатели демпфирующие колебания крыла в полете воздушного судна, будучи при этом своеобразным протифлатерним грузом.

Также известны случаи, когда во время выступлений знаменитого русского певца Федора Ивановича Шаляпина часто лопались плафоны в люстрах.

И происходило это опять же через резонанс, когда частота собственных колебаний стекла совпадала с частотой акустических волн, воспроизводимых певцом.

Еще более интересным фактом является то, что во время Великой Отечественной войны все тот же резонанс едва не поставил под угрозу существование единой ниточки, проходившей по льду Ладожского озера и связывала блокадный Ленинград с “большой землей”.

… Во время наведения участка Дороги жизни по Ладожскому озеру защитники Ленинграда неожиданно столкнулись с необычным явлением, когда после нормального прохождения по льду тяжелого грузовика, легкая машина, которая шла по тому же пути, нередко проваливалась под лед.

Перед учеными была поставлена ​​задача срочно разобраться с ситуацией, сложившейся и предоставить рекомендации по преодоления автомобилями ледяного покрова. В южной части Ладожского озера, под артиллерийским и минометным огнем врага гидрограф и гидротехники проводили эксперименты по определению предельных нагрузок на лед.

Все выводы ученых поступали в Ледовую службу Морской обсерватории. Было изучено деформационную устойчивость льда под статической нагрузкой и данные про упругие деформации льда при распространении по льду взрывной волны. При проведении автоколонн по Ладоге наблюдались и неизвестные ранее колебания ледяного покрова: водяной волна, образовавшаяся под льдом проседала, двигалась с постоянной для определенной толщины льда и глубины водоема скоростью. Она могла опережать приложенную нагрузку или отставать от нее, но опасным было совпадения этих скоростей – тогда вода прекращала поддержку ледяного покрова, и поддержка обеспечивалась только упругими свойствами льда. При этом наступал резонанс, что приводило к разрушению льда. Это проявление резонанса было названо изгибно-гравитационной волной.

По результатам исследований для автомобилей, которые двигались по льду, были установлены определенные скорости и дистанции. Ежедневно по ледяному покрову в обе стороны перевозилось около 6 тыс. Тонн грузов, а общее количество доставленных в Ленинград по Дороге жизни грузов за весь период ее существования составила более 1 млн 615 тыс. Тонн. Также за это же время с осажденного города было эвакуировано около 1 млн 376 тыс. Его жителей.

С учетом приобретенного опыта позже был разработан резонансный метод разрушения льда, энергоемкость которого в несколько раз меньше энергоемкости традиционного разрушения ледяного покрова с помощью ледоколов и ледокольного навесного оборудования.

Как видим, резонанс может быть достаточно коварным, но укротить его и вернуть на пользу человеку вполне по силам!

Резонанс напряжений. Что это – резонанс в электрической цепи

Резонанс является одним из самых распространенных в природе физических явлений. Явление резонанса можно наблюдать в механических, электрических и даже тепловых системах. Без резонанса у нас не было бы радио, телевидения, музыки и даже качелей на детских площадках, не говоря уже об эффективнейших диагностических системах, применяемых в современной медицине. Одним из самых интересных и полезных видов резонанса в электрической цепи является резонанс напряжений.

Элементы резонансной цепи

Явление резонанса может возникнуть в так называемой RLC-цепи, содержащей следующие компоненты:

  • R – резисторы. Эти устройства, относящиеся к так называемым активным элементам электрической цепи, преобразуют электрическую энергию в тепловую. Другими словами, они удаляют энергию из контура и преобразуют ее в тепло.
  • L – индуктивность. Индуктивность в электрических цепях – аналог массы или инерции в механических системах. Этот компонент не очень заметен в электрической цепи, пока не попробуешь сделать в ней какие-либо изменения. В механике, например, таким изменением является изменение скорости. В электрической цепи – изменение тока. Если оно по какой-либо причине происходит, индуктивность противодействует такому изменению режима цепи.
  • С – обозначение для конденсаторов, которые представляют собой устройства, хранящие электрическую энергию подобно тому, как пружины сохраняют механическую энергию. Индуктивность концентрирует и сохраняет магнитную энергию, в то время как конденсатор концентрирует заряд и тем самым хранит электрическую энергию.

Понятие резонансного контура

Ключевыми элементами резонансного контура являются индуктивность (L) и емкость (C). Резистор имеет тенденцию к гашению колебаний, поэтому он удаляет энергию из контура. При рассмотрении процессов, происходящих в колебательном контуре, мы его временно игнорируем, но необходимо помнить, что подобно силе трения в механических системах электрическое сопротивление в цепях невозможно устранить.

Резонанс напряжений и резонанс токов

В зависимости от способа соединения ключевых элементов резонансный контур может быть последовательным и параллельным. При подключении последовательного колебательного контура к источнику напряжения с частотой сигнала, совпадающей с собственной частотой, при определенных условиях в нем возникает резонанс напряжений. Резонанс в электрической цепи с параллельно соединенными реактивными элементами называется резонансом токов.

Собственная частота резонансного контура

Мы можем заставить систему колебаться с собственной частотой. Для этого сначала необходимо зарядить конденсатор, как показано на верхнем рисунке слева. Когда это будет выполнено, ключ переводится в положение, показанное на том же рисунке справа.

В момент времени “0” вся электрическая энергия сохраняется в конденсаторе, и ток в контуре равен нулю (рисунок внизу). Обратите внимание, что верхняя пластина конденсатора заряжена положительно, а нижняя – отрицательно. Мы не можем видеть колебания электронов в цепи, но мы можем измерить ток амперметром, а при помощи осциллоскопа отследить характер зависимости тока от времени. Отметим, что T на нашем графике – это время, необходимое для завершения одного колебания, носящего в электротехнике название “период колебания”.

Ток течет по часовой стрелке (рисунок внизу). Энергия передается из конденсатора в катушку индуктивности. На первый взгляд может показаться странным, что индуктивность содержит энергию, однако это похоже на кинетическую энергию, содержащуюся в движущейся массе.

Поток энергии возвращается обратно в конденсатор, но обратите внимание, что полярность конденсатора теперь изменилась. Другими словами, нижняя пластина теперь имеет положительный заряд, а верхняя пластина – отрицательный заряд (рисунок внизу).

Теперь система полностью обратилась, и энергия начинает поступать из конденсатора опять в индуктивность (рисунок внизу). В итоге энергия полностью возвращается к своей отправной точке и готова начать цикл заново.

Частота колебаний может быть аппроксимирована следующим образом:

где: F – частота, L – индуктивность, C – емкость.

Рассмотренный на этом примере процесс отражает физическую суть резонанса напряжений.

Исследование резонанса напряжений

В реальных схемах LC всегда присутствует небольшое сопротивление, которое с каждым циклом уменьшает прирост амплитуды тока. После нескольких циклов ток уменьшается до нуля. Этот эффект называется “затухание синусоидального сигнала”. Скорость затухания тока до нулевого значения зависит от величины сопротивления в цепи. Тем не менее, сопротивление не изменяет частоту колебаний резонансного контура. Если сопротивление достаточно велико, синусоидальные колебания в контуре не возникнут вообще.

Очевидно, там, где существует собственная частота колебаний, есть возможность возбуждения резонансного процесса. Мы делаем это, включая в последовательную цепь источник питания переменного ток (АС), как показано на рисунке слева. Термин “переменный” означает, что выходное напряжение источника колеблется с определенной частотой. Если частота источника питания совпадает с собственной частотой контура, возникает резонанс напряжений.

Условия возникновения

Сейчас мы рассмотрим условия возникновения резонанса напряжений. Как показано на последнем рисунке, мы вернули резистор в контур. При отсутствии резистора в контуре ток в резонансной цепи будет нарастать до некоторого максимального значения, определяемого параметрами элементов контура и мощностью источника питания. Увеличение сопротивления резистора в резонансной цепи повышает тенденцию к затуханию тока в контуре, но не влияет на частоту резонансных колебаний. Как правило, режим резонанса напряжений не наступает, если сопротивление цепи резонанса удовлетворяет условию R = 2(L/C)0,5.

Использование резонанса напряжений для передачи радиосигнала

Явление резонанса напряжений является не только любопытнейшим физическим феноменом. Оно играет исключительную роль в технологии беспроводных коммуникаций – радио, телевидении, сотовой телефонии. Передатчики, используемые для беспроводной передачи информации, в обязательном порядке содержат схемы, предназначенные для резонирования на определенной для каждого устройства частоте, называемой несущей частотой. При помощи передающей антенны, подключенной к передатчику, он излучает электромагнитные волны на несущей частоте.

Антенна на другом конце приемо-передающего тракта получает этот сигнал и подает его на приемный контур, предназначенный для резонирования на частоте несущей. Очевидно, что антенна принимает множество сигналов на различных частотах, не говоря уже о фоновом шуме. Благодаря наличию на входе приемного устройства, настроенного на несущую частоту резонансного контура, приемник выбирает единственно правильную частоту, отсеивая все ненужные.

После детектирования амплитудно-модулированного (AM) радиосигнала, выделенный из него низкочастотный сигнал (НЧ) усиливается и подается на звуковоспроизводящее устройство. Это простейшая форма радиопередачи очень чувствительна к шумам и помехам.

Для повышения качества принимаемой информации разработаны и успешно используются другие, более совершенные способы передачи радиосигнала, которые также базируются на использовании настроенных резонансных систем.

Частотная модуляция или FM-радио решает многие из проблем радиопередачи с амплитудно-модулированным передающим сигналом, однако это достигается ценой существенного усложнения системы передачи. В FM-радио системные звуки в электронном тракте превращаются в небольшие изменения несущей частоты. Часть оборудования, которое выполняет это преобразование, называется “модулятор” и используется с передатчиком.

Соответственно, к приемнику должен быть добавлен демодулятор для преобразования сигнала обратно в форму, которая может быть воспроизведена через громкоговоритель.

Другие примеры использования резонанса напряжения

Резонанс напряжений как основополагающий принцип заложен также в схемотехнике многочисленных фильтров, широко применяемых в электротехнике для устранения вредных и ненужных сигналов, сглаживания пульсаций и генерирования синусоидальных сигналов.

Основные научные достижения

Разработка компьютерных технологий исследования флаттера турбокомпрессоров  на основе спектрального анализа процессов.

Компьютерная технология спектрального анализа процессов  турбоком-прессоров авиационных двигателей, обеспечивает получение количественной информации о параметрах флаттера лопаток в формате теории колебаний:

  • самоорганизация флаттера рабочих лопаток и    других подсистем турбокомпрессора в спектральной и временной областях с учетом особенностей аксиальных и центробежных конструкций;
  • полная или частичная  синхронизация колебаний при появлении коллективной частоты лопаток;
  • возникновение спектров гармоник колебаний подсистем, которые обеспечивают условия возникновения нелинейного резонанса и потерю устойчивости переходных процессов на заключительном этапе развития флаттера;
  • спектры параметров мод колебаний флаттера лопаток, ротора и статора, а также давления потока.
  • альтернативные изменения собственных частот колебаний лопаток при взаимодействии скоростного и конструкционного демпфирования турбокомпрессора.
  • отмеченные и другие особенности флаттера присутствуют и проявляются при работе несущего винта вертолета фирмы Камов.

 

t, с

δ,

t, с

Рис.1. График демпфирования при флаттере лопаток на фоне записи давления воздушного потока. Рис.2. Изменения демпфирования δ крутильной моды колебаний лопатки (зеленая кривая) и изгибной моды (синяя кривая)) при флатторе.

 

t, с

δ,

t, с

Рис.3. Преобладающее развитие коллективной моды на частотах крутильной моды флаттера лопаток экспериментальной на фоне записи точек процесса. Рис.4. Изменение демпфирования колебаний лопатки на моде флаттера при  срывном флаттере.

f

t, с

 
Рис.5. Импульсное изменение частоты моды флаттера при демпфировании рис. 4.  

 

n

1

62,3050

-0,1798

1,0000

2

123,0232

0,2734

1,9745

3

185,9094

0,2892

2,9839

4

248,3890

-0,0632

3,9867

5

310,5012 

0,3178

4,9836

6

371,9755

0,5828

5,9702

7

434,3024

0,0003

6,9706

Таблица кратных гармоник колебаний давления потока сжатого воздуха, моды которых имеют при флаттере практически нулевое демпфирование. Седьмая гармоника возбуждает нелинейный резонанс и флаттер  лопаток турбокомпрессора.

 

Резонанс — бывает вредный, а бывает полезный. Теория возникновения резонанса, его применение в жизни

Как на звук и световые волны влияет принцип резонанса? Что такое вибрации и резонансные частоты объектов? Какие повседневные примеры резонанса можно встретить в жизни? Как разбить бокал с помощью голоса? Если присмотреться, то можно увидеть примеры резонанса повсюду. Вот только некоторые из них несут пользу, а другие – вред.

Что такое резонанс?

Вы когда-нибудь задумывались над тем, как люди создают прекрасную музыку с помощью обыкновенных бокалов? По мере повышения воздействия на стекло звуковыми волнами оно может даже разбиться. Световые волны также взаимодействуют особыми способами с объектами вокруг себя. Поведение звуковых и световых волн объясняет, почему люди слышат звуки музыкальных инструментов и различают цвета. Изменения волновой амплитуды вызваны важным принципом, который называется резонансом. Примерами влияния на передачу звука и света являются вибрации.

Звуковые волны происходят от механических колебаний в твердых телах, жидкостях и газах. Световые волны исходят из вибрации заряженных частиц. Объекты, заряженные частицы и механические системы обычно имеют определенную частоту, на которой они склонны вибрировать. Это называется их резонансной частотой или их собственной частотой. Некоторые объекты имеют две или более резонансных частот. Пример резонанса: когда вы едете по ухабистой дороге, и ваш автомобиль начинает прыгать вверх и вниз – это пример колебания вашей машины на своей резонансной частоте, вернее резонансная частота амортизаторов. Вы можете заметить, что когда вы едете в автобусе, частота отскока немного медленнее. Это потому, что амортизаторы шины имеют более низкую резонансную частоту.

Когда звуковая или световая волна ударяет по объекту, она уже вибрирует на определенной частоте. Если эта частота будет соответствовать резонансной частоте объекта, то это приведет к тому, что вы получите резонанс. Он возникает, когда амплитуда колебаний объекта увеличивается за счет соответствующих колебаний другого объекта. Эту связь трудно представить без примера.

Резонанс и световые волны

Взять, к примеру, типичную световую волну (это поток белого света, который исходит от солнца) и направить ее на темный объект, пусть это будет черная змея. Молекулы в коже пресмыкающегося имеют набор резонансных частот. То есть электроны в атомах стремятся вибрировать на определенных частотах. Свет, спускающийся с солнца, – белый свет, который имеет многосоставную частоту.

Сюда входят красный и зеленый, синий и желтый, оранжевый и фиолетовый. Каждая из этих частот поражает кожу змеи. И каждая частота приводит к вибрации другого электрона. Желтая частота резонирует с электронами, резонансная частота которых желтая. Синяя частота резонирует с электронами, резонансная частота которых синяя. Таким образом, кожа змеи в целом резонирует с солнечным светом. Змея кажется черной, потому что ее кожа поглощает все частоты солнечного света.

Когда световые волны резонируют с объектом, они заставляют электроны вибрировать с большими амплитудами. Световая энергия поглощается объектом, и человеческому глазу не заметно, что свет возвращается обратно. Объект выглядит черным. Что делать, если объект не поглощает солнечный свет? Что если ни один из его электронов не резонирует со световыми частотами? Если резонанс не возникает, то вы получите передачу, пропускание световых волн через объект. Стекло кажется прозрачным, потому что оно не поглощает солнечный свет.

Свет все еще вызывает вибрации электронов. Но поскольку он не соответствует резонансным частотам электронов, колебания очень малы и проходят от атома к атому через весь объект. Объект без резонанса будет иметь нулевое поглощение и 100 % передачу, например стекло или вода.

Музыка и резонанс звуковых волн

Резонанс для звука работает так же, как и для света. Когда один объект вибрирует на частоте второго объекта, тогда первый заставляет второй вибрировать с высокой амплитудой. Так возникает акустический резонанс. Примером служит игра на любом музыкальном инструменте. Акустический резонанс отвечает за музыку, создаваемую трубой, флейтой, тромбоном и многими другими инструментами. Как работает это удивительное явление? Можно привести пример резонанса, который имеет положительный эффект.

Пройдя в собор, где играет органная музыка, можно заметить, что вся стена заполнена огромными трубами всех размеров. Некоторые из них очень короткие, а другие доходят до потолка. Для чего нужны все трубы? Когда начинает играть прекрасная музыка, можно понять, что звук исходит от труб, он очень громкий и, кажется, заполняет весь собор. Как такие трубы могут звучать так громко? Во всем виноват акустический резонанс, и он не является единственным инструментом, который использует это удивительное явление.

Создание звуковых волн

Чтобы понять, что происходит, вам сначала нужно немного узнать о том, как звук проходит по воздуху. Звуковые волны создаются, когда что-то вызывает вибрацию молекул воздуха. Затем эта вибрация перемещается, как волна, наружу во всех направлениях. Когда волна проходит по воздуху, есть области, где молекулы сжимаются ближе друг к другу, и области, где молекулы вытягиваются дальше друг от друга. Расстояние между последовательными сжатиями или расширениями известно как длина волны. Частота измеряется в единицах Герца (Гц), а один Герц соответствует одной скорости сжатия волны в секунду.

Люди могут обнаруживать звуковые волны с частотами от 20 до 20 000 Гц! Однако они не все звучат одинаково. Некоторые звуки высокие и скрипучие, в то время как другие низкие и глубокие. То, что вы на самом деле слышите, – это разница в частоте. Итак, как частота относится к длине волны? Скорость звука немного меняется в зависимости от температуры воздуха, но обычно она составляет около 343 м/с. Поскольку все звуковые волны движутся с одинаковой скоростью, частота будет уменьшаться по мере увеличения длины волны и возрастать при уменьшении длины волны.

Вредный резонанс: примеры

Часто люди принимают мостостроение и безопасность как должное. Однако иногда происходят катастрофы, заставляющие поменять свою точку зрения. 1 июля 1940 года в Вашингтоне был открыт мост Такома-Нэрроуз. Это был подвесной мост, третий по величине в мире для своего времени. Во время строительства мост получил прозвище «Галопирование Герти» из-за того, как он качался и сгибался на ветру. Это волнообразное колебание в конце концов привело к его крушению. Мост рухнул 7 ноября 1940 года во время бури, всего через четыре месяца его эксплуатации. Прежде чем узнавать о резонансной частоте и о том, что это связано с катастрофой моста Такома-Нэрроуз, сначала нужно понять что-то, называемое гармоническим движением.

Когда у вас есть объект, периодически колеблющийся назад и вперед, мы говорим, что он испытывает гармоническое движение. Один прекрасный пример проявления резонанса, испытывающего гармоническое движение, – свободная подвесная пружина с прикрепленной к ней массой. Масса заставляет пружину растягиваться вниз, пока в конце концов пружина не сжимается назад, чтобы вернуться к своей первоначальной форме. Этот процесс продолжает повторяться, и мы говорим, что пружина находится в гармоническом движении. Если вы посмотрите видео с моста Такома-Нэрроуз, то увидите, что он колебался, прежде чем рухнул. Он проходил гармоническое движение, как пружина с прикрепленной к ней массой.

Резонанс и качели

Если вы один раз толкнете своего друга на качелях, они несколько раз будут совершать колебательные движения и через некоторое время остановятся. Эта частота, когда колебание самопроизвольно колеблется, называется собственной частотой. Если вы даете толчок каждый раз, когда ваш друг возвращается к вам, он будет качаться все выше и выше. Вы нажимаете с частотой, аналогичной собственной частоте, и амплитуда колебаний возрастает. Такое поведение называется резонансом.

Несомненно, это один из примеров полезного резонанса. Среди прочих нагревание пищи в микроволновой печи, антенна на радиоприемнике, принимающем радиосигнал, игра на флейте.

На самом деле, есть также множество плохих примеров. Разрушение стекла высоким тональным звуком, разрушение моста легким ветерком, обрушение зданий при землетрясениях – все это примеры резонанса в жизни, которые не просто вредные, но и опасные, в зависимости от силы воздействия.

Разрушительная сила звука

Многие наверняка слышали о том, что винный бокал можно разбить голосом оперной певицы. Если вы слегка ударите бокал ложкой, он будет «звонить», как колокол, на своей резонансной частоте. Если на стекло оказывается звуковое давление на определенной частоте, оно начинает вибрировать. По мере того как стимул продолжается, вибрация в бокале накапливается до тех пор, пока он не разрушится, когда будут превышены механические пределы.

Примеры полезного и вредного резонанса повсюду. Микроволны окружают все вокруг, от микроволновой печки, которая разогревает пищу без применения внешнего тепла, до вибраций в земной коре, приводящих к разрушительным землетрясениям.

1.Какова причина образования эха? Почему эхо не возникает в маленькой, заполненной мебелью комнате? Ответы обоснуйте.

Эхо возникает при отражении звука от пре­грады и возвращения звуковой волны.

В маленькой комнате исходный и отражен­ный звук слышится почти одновременно и еще поглощается и рассеивается мебелью. В большом, полупустом помещении звук не рассеивается и рас­стояние время прихода отраженной звуковой волны больше.

2. Как можно улучшить звуковые свойства большого зала?

Для этого стены зала облицовывают звукопо­глощающими материалами, которые препятствуют образованию эха или гула.

3. Почему при использовании рупора звук распространяется на большее расстояние?

При использовании рупора звук меньше рас­сеивается, поэтому он обладает большей мощно­стью и распространяется на большее расстояние.

4. Приведите примеры проявления звукового резонанса, не упомянутые в тексте параграфа.

Если открыть пианино и пропеть над стру­нами какую-нибудь ноту, то можно услышать, что инструмент откликается. Голос действует на все струны пианино, но откликаются только те, кото­рые находятся в резонансе. Еще пример звукового резонанса – гитара. В правильно настроенной гитаре, при зажиме какой-либо струны определен­ным, можно увидеть, что колеблющейся зажатой струне резонирует другая.

5. Для чего камертоны устанавливают на резонаторных ящиках? Каково назначение резонаторов, применяемых в музыкальных инструментах?

Резонаторные ящики способствуют усилению звука, он становится более громким, хотя и менее длительным.

Резонаторы в музыкальных инструментах усиливают звук и создают определенный тембр инструмента.

Как на звук и световые волны влияет принцип резонанса? Что такое вибрации и резонансные частоты объектов? Какие повседневные примеры резонанса можно встретить в жизни? Как разбить бокал с помощью голоса? Если присмотреться, то можно увидеть примеры резонанса повсюду. Вот только некоторые из них несут пользу, а другие – вред.

Что такое резонанс?

Вы когда-нибудь задумывались над тем, как люди создают прекрасную музыку с помощью обыкновенных бокалов? По мере повышения воздействия на стекло звуковыми волнами оно может даже разбиться. Световые волны также взаимодействуют особыми способами с объектами вокруг себя. Поведение звуковых и световых волн объясняет, почему люди слышат звуки музыкальных инструментов и различают цвета. Изменения волновой амплитуды вызваны важным принципом, который называется резонансом. Примерами влияния на передачу звука и света являются вибрации.

Звуковые волны происходят от механических колебаний в твердых телах, жидкостях и газах. Световые волны исходят из вибрации заряженных частиц. Объекты, заряженные частицы и механические системы обычно имеют определенную частоту, на которой они склонны вибрировать. Это называется их резонансной частотой или их собственной частотой. Некоторые объекты имеют две или более резонансных частот. Пример резонанса: когда вы едете по ухабистой дороге, и ваш автомобиль начинает прыгать вверх и вниз – это пример колебания вашей машины на своей резонансной частоте, вернее резонансная частота амортизаторов. Вы можете заметить, что когда вы едете в автобусе, частота отскока немного медленнее. Это потому, что амортизаторы шины имеют более низкую резонансную частоту.

Когда звуковая или световая волна ударяет по объекту, она уже вибрирует на определенной частоте. Если эта частота будет соответствовать резонансной частоте объекта, то это приведет к тому, что вы получите резонанс. Он возникает, когда амплитуда колебаний объекта увеличивается за счет соответствующих колебаний другого объекта. Эту связь трудно представить без примера.

Резонанс и световые волны

Взять, к примеру, типичную световую волну (это поток белого света, который исходит от солнца) и направить ее на темный объект, пусть это будет черная змея. Молекулы в коже пресмыкающегося имеют набор резонансных частот. То есть электроны в атомах стремятся вибрировать на определенных частотах. Свет, спускающийся с солнца, – белый свет, который имеет многосоставную частоту.


Сюда входят красный и зеленый, синий и желтый, оранжевый и фиолетовый. Каждая из этих частот поражает кожу змеи. И каждая частота приводит к вибрации другого электрона. Желтая частота резонирует с электронами, резонансная частота которых желтая. Синяя частота резонирует с электронами, резонансная частота которых синяя. Таким образом, кожа змеи в целом резонирует с солнечным светом. Змея кажется черной, потому что ее кожа поглощает все частоты солнечного света.

Когда световые волны резонируют с объектом, они заставляют электроны вибрировать с большими амплитудами. Световая энергия поглощается объектом, и человеческому глазу не заметно, что свет возвращается обратно. Объект выглядит черным. Что делать, если объект не поглощает солнечный свет? Что если ни один из его электронов не резонирует со световыми частотами? Если резонанс не возникает, то вы получите передачу, пропускание световых волн через объект. Стекло кажется прозрачным, потому что оно не поглощает солнечный свет.

Свет все еще вызывает вибрации электронов. Но поскольку он не соответствует резонансным частотам электронов, колебания очень малы и проходят от атома к атому через весь объект. Объект без резонанса будет иметь нулевое поглощение и 100 % передачу, например стекло или вода.


Музыка и резонанс звуковых волн

Резонанс для звука работает так же, как и для света. Когда один объект вибрирует на частоте второго объекта, тогда первый заставляет второй вибрировать с высокой амплитудой. Так возникает акустический резонанс. Примером служит игра на любом музыкальном инструменте. Акустический резонанс отвечает за музыку, создаваемую трубой, флейтой, тромбоном и многими другими инструментами. Как работает это удивительное явление? Можно привести пример резонанса, который имеет положительный эффект.

Пройдя в собор, где играет органная музыка, можно заметить, что вся стена заполнена огромными трубами всех размеров. Некоторые из них очень короткие, а другие доходят до потолка. Для чего нужны все трубы? Когда начинает играть прекрасная музыка, можно понять, что звук исходит от труб, он очень громкий и, кажется, заполняет весь собор. Как такие трубы могут звучать так громко? Во всем виноват акустический резонанс, и он не является единственным инструментом, который использует это удивительное явление.


Создание звуковых волн

Чтобы понять, что происходит, вам сначала нужно немного узнать о том, как звук проходит по воздуху. Звуковые волны создаются, когда что-то вызывает вибрацию молекул воздуха. Затем эта вибрация перемещается, как волна, наружу во всех направлениях. Когда волна проходит по воздуху, есть области, где молекулы сжимаются ближе друг к другу, и области, где молекулы вытягиваются дальше друг от друга. Расстояние между последовательными сжатиями или расширениями известно как длина волны. Частота измеряется в единицах Герца (Гц), а один Герц соответствует одной скорости сжатия волны в секунду.

Люди могут обнаруживать звуковые волны с частотами от 20 до 20 000 Гц! Однако они не все звучат одинаково. Некоторые звуки высокие и скрипучие, в то время как другие низкие и глубокие. То, что вы на самом деле слышите, – это разница в частоте. Итак, как частота относится к длине волны? Скорость звука немного меняется в зависимости от температуры воздуха, но обычно она составляет около 343 м/с. Поскольку все звуковые волны движутся с одинаковой скоростью, частота будет уменьшаться по мере увеличения длины волны и возрастать при уменьшении длины волны.


Вредный резонанс: примеры

Часто люди принимают мостостроение и безопасность как должное. Однако иногда происходят катастрофы, заставляющие поменять свою точку зрения. 1 июля 1940 года в Вашингтоне был открыт мост Такома-Нэрроуз. Это был подвесной мост, третий по величине в мире для своего времени. Во время строительства мост получил прозвище «Галопирование Герти» из-за того, как он качался и сгибался на ветру. Это волнообразное колебание в конце концов привело к его крушению. Мост рухнул 7 ноября 1940 года во время бури, всего через четыре месяца его эксплуатации. Прежде чем узнавать о резонансной частоте и о том, что это связано с катастрофой моста Такома-Нэрроуз, сначала нужно понять что-то, называемое гармоническим движением.


Когда у вас есть объект, периодически колеблющийся назад и вперед, мы говорим, что он испытывает гармоническое движение. Один прекрасный пример проявления резонанса, испытывающего гармоническое движение, – свободная подвесная пружина с прикрепленной к ней массой. Масса заставляет пружину растягиваться вниз, пока в конце концов пружина не сжимается назад, чтобы вернуться к своей первоначальной форме. Этот процесс продолжает повторяться, и мы говорим, что пружина находится в гармоническом движении. Если вы посмотрите видео с моста Такома-Нэрроуз, то увидите, что он колебался, прежде чем рухнул. Он проходил гармоническое движение, как пружина с прикрепленной к ней массой.

Резонанс и качели

Если вы один раз толкнете своего друга на качелях, они несколько раз будут совершать колебательные движения и через некоторое время остановятся. Эта частота, когда колебание самопроизвольно колеблется, называется собственной частотой. Если вы даете толчок каждый раз, когда ваш друг возвращается к вам, он будет качаться все выше и выше. Вы нажимаете с частотой, аналогичной собственной частоте, и амплитуда колебаний возрастает. Такое поведение называется резонансом.


Несомненно, это один из примеров полезного резонанса. Среди прочих нагревание пищи в микроволновой печи, антенна на радиоприемнике, принимающем радиосигнал, игра на флейте.


На самом деле, есть также множество плохих примеров. Разрушение стекла высоким тональным звуком, разрушение моста легким ветерком, обрушение зданий при землетрясениях – все это примеры резонанса в жизни, которые не просто вредные, но и опасные, в зависимости от силы воздействия.


Разрушительная сила звука

Многие наверняка слышали о том, что винный бокал можно разбить голосом оперной певицы. Если вы слегка ударите бокал ложкой, он будет «звонить», как колокол, на своей резонансной частоте. Если на стекло оказывается звуковое давление на определенной частоте, оно начинает вибрировать. По мере того как стимул продолжается, вибрация в бокале накапливается до тех пор, пока он не разрушится, когда будут превышены механические пределы.


Примеры полезного и вредного резонанса повсюду. Микроволны окружают все вокруг, от микроволновой печки, которая разогревает пищу без применения внешнего тепла, до вибраций в земной коре, приводящих к разрушительным землетрясениям.

Резонанс является одним из интереснейших физических явлений. И чем глубже становятся наши познания об окружающем нас мире, тем явственнее прослеживается роль этого явления, в различных сферах нашей жизни – в музыке, медицине, радиотехнике и даже на детской площадке.

Каков же смысл этого понятия, условия его возникновения и проявление?

Собственные и вынужденные колебания. Резонанс

Вспомним простое и приятное развлечение – раскачивание на подвесных качелях.

Прикладывая в нужный момент совсем незначительное усилие, ребёнок может раскачивать взрослого. Но для этого частота воздействия внешней силы должна совпасть с собственной частотой раскачивания качелей. Только в этом случае амплитуда их колебаний заметно вырастет.

Итак, резонанс это явление резкого возрастания амплитуды колебаний тела, когда частота его собственных колебаний совпадет с частотой действия внешней силы.

Прежде всего, разберемся в понятиях – собственные и вынужденные колебания. Собственные – присущи всем телам – звёздам, струнам, пружинам, ядрам, газам, жидкостям… Обычно они зависят от коэффициента упругости, массы тела и других его параметров. Такие колебания возникают под воздействием первичного толчка, осуществляемой внешней силой. Так, чтобы привести в колебания груз, подвешенный на пружине, достаточно оттянуть его на некоторое расстояние. Возникшие при этом собственные колебания будут затухающими, поскольку энергия колебаний затрачивается на преодоление сопротивления самой колебательной системы и окружающей среды.

Вынужденные колебания возникают при воздействии на тело сторонней (внешней) силы с определенной частотой. Эту стороннюю силу ещё называют вынуждающей силой. Очень важно, чтобы эта внешняя сила действовала на тело в нужный момент и в нужном месте. Именно она восполняет потери энергии и увеличивает её при собственных колебаниях тела.

Механический резонанс

Очень ярким примером проявления резонанса является несколько случаев обрушения мостов, когда по ним строевым шагом проходила рота солдат.

Чеканный шаг солдатских сапог совпал с собственной частотой колебаний моста. Он стал колебаться с такой амплитудой, на которую его прочность не была рассчитана и… развалился. Тогда и родилась новая воинская команда «…не в ногу». Она звучит, когда пешая или конная рота солдат проходит по мосту.

Если вам случалось путешествовать на поезде, то самые внимательные из вас обратили внимание на заметные покачивания вагонов, когда его колеса попадают на стыки рельс. Это так вагон откликается, т. е. резонирует с колебаниями, возникающими при преодолении этих зазоров.

Корабельные приборы снабжают массивными подставками или подвешивают на мягких пружинах, чтобы избежать резонанса этих корабельных деталей с колебаниями корабельного корпуса. При запуске корабельных двигателей судно так может войти в резонанс с их работой, что это грозит его прочности.

Приведенных примеров достаточно, чтобы убедиться в необходимости учитывать резонанс. Но мы иногда и используем механический резонанс, не замечая этого. Выталкивая машину, застрявшую в дорожной грязи, водитель и его добровольные помощники вначале раскачивают её, а затем дружно толкают вперёд по направлению движения.

Раскачивая тяжелый колокол, звонари тоже неосознанно используют это явление.

Они ритмично в такт с собственными колебаниями языка колокола, дергают за прикрепленный к нему шнур, всё увеличивая амплитуду колебаний.

Существуют приборы, измеряющие частоту электрического тока. Их действие основано на использовании резонанса.

Акустический резонанс

На страницах нашего сайта мы . Продолжим наш разговор, дополнив его примерами проявления акустического или звукового резонанса.

Для чего у музыкальных инструментов, особенно у гитары и скрипки такой красивый корпус? Неужели лишь для того, чтобы красиво выглядеть? Оказывается, нет. Он нужен для правильного звучания, всей издаваемой инструментом звуковой палитры. Звук, издаваемый самой гитарной струной достаточно тихий. Чтобы его усилить струны, располагают поверх корпуса, имеющего определенную форму и размеры. Звук, попадая внутрь гитары, резонирует с различными частями корпуса и усиливается.

Сила и чистота звука зависит от качества дерева, и даже от лака, которым покрыт инструмент.

Имеются резонаторы и в нашем голосовом аппарате. Их роль выполняют самые различные воздушные полости, окружающие голосовые связки. Они-то усиливают звук, формируют его тембр, усиливая именно те колебания, частота которых близка к их собственной. Умение использовать резонаторы своего голосового аппарата – это одна из сторон таланта певца. Им в совершенстве владел Ф.И. Шаляпин.

Рассказывают, что когда этот великий артист пел во всю мощь, гасли свечи, тряслись люстры и трескались гранёные стаканы.

Т.е. явление звукового резонанса играет громадную роль в восхитительном мире звуков.

Электрический резонанс

Не миновало это явление и электрические цепи. Если частота изменения внешнего напряжения совпадет с частой собственных колебаний цепи, то может возникнуть электрический резонанс. Как всегда он проявляется в резком возрастании и силы тока и напряжения в цепи. Это чревато коротким замыкание и выходом из строя приборов, включённых в цепь.

Однако именно резонанс позволяет нам настроиться на частоту определенной радиостанции. Обычно на антенну поступает множество частот от различных радиостанций. Вращая ручку настройки, мы меняем частоту приёмного контура радиоприёмника.

Когда одна из пришедших на антенну частот совпадет с этой частотой, тогда мы и услышим эту радиостанцию.

Волны Шумана

Между поверхностью Земли и ее ионосферой существует слой, в котором очень хорошо распространяются электромагнитные волны. Этот небесный коридор называют волноводом. Рождающиеся здесь волны могут несколько раз огибать Землю. Но откуда они берутся? Оказалось, что они возникают при разрядах молний.

Профессор Мюнхенского технического университета Шуман рассчитал их частоту. Выяснилось, что она равна 10 Гц. Но именно с таким ритмом происходят колебания человеческого мозга! Этот удивительный факт не мог быть простым совпадением. Мы живём внутри гигантского волновода, который своим ритмом управляет нашим организмом. Дальнейшие исследования подтвердили это предположение. Оказалось, что искажение волн Шумана, например, при магнитных бурях ухудшает состояние здоровья людей.

Т.е. для нормального самочувствия человека ритм важнейших колебаний человеческого организма должен резонировать с частотой волн Шумана.

Электромагнитный смог от работы бытовых и промышленных электроприборов искажают природные волны Земли, и разрушает наши тонкие взаимосвязи со своей планетой.

Законам резонанса подчинены все объекты Вселенной. Этим законам подчиняются даже взаимоотношения людей. Так, выбирая себе друзей, мы ищем себе подобных, с которыми нам интересно, с которыми находимся «на одной волне».

Если это сообщение тебе пригодилось, буда рада видеть тебя

«УТВЕРЖДАЮ»

руководитель методического объединения

(физика, химия, биология)

Шадури М. И._______________ «_15__»_____декабря_______2015__ г.

Составитель: преподаватель физики Гарагуля С.Л.

Предмет: физика

Тема урока: «Звуковой резонанс»

КОНСПЕКТ ОТКРЫТОГО УРОКА

Методическая цель урока : активизация познавательной деятельности суворовцев в процессе изучения звукового резонанса

Образовательная цель урока : познакомить суворовцев с явлением звукового (акустического) резонанса, сформировать у суворовцев понимание условий, необходимых для получения звукового резонанса. Рассмотреть практическое использование звукового резонанса.

Воспитательная цель урока : способствовать повышению культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу, подчеркивая практическую значимость приобретенных знаний и умений. Способствовать развитию творческого отношения к учебной деятельности в процессе совместной работы при изучении особенностей звукового резонанса.

Развивающая цель урока : создать условия для развития исследовательских и творческих навыков, навыков общения и совместной деятельности. Обеспечить условия для развития умений устанавливать причинно-следственные связи между явлением резонанса и условиями, необходимыми для его возникновения. Способствовать развитию умений учащихся обобщать полученные знания, проводить анализ, синтез, сравнения, делать необходимые выводы

Тип урока : урок ознакомления с новым материалом

Вид урока : смешанный

Форма организации урока : групповая

Используемые педагогические технологии : технология развивающего обучения,

Метод обучения : частично-поисковый

Материальное обеспечение урока:

    Камертоны с резонаторами (частотой 440Гц)

    Камертоны без резонаторов (частотой 440Гц)

    Камертоны другой частоты

    Компьютер и мультимедийный проектор

    Видеофрагмент №1 «Звуковой резонанс»

    Видеофрагмент №2 «Акустическое оружие»

    Видеофрагмент №3 «Влияние музыки на песок, воду и огонь»

    Фотографии резонаторы в музыкальных инструментах, резонаторы у зайца и у слона.

    Фонендоскоп

    Листы картона

    Лис ватмана и маркеры

Основные этапы открытого урока

Этапы урока

Время

Цели и задачи

Деятельность преподавателя

Деятельности суворовца

1

Организационый

3

Подготовка суворовцев к занятию

Проверяет готовность суворовцев к занятию, побуждая к активной работе на уроке. Принимает рапорт

Сдают рапорт. Полная готовность суворовцев включение суворовцев в деловой ритм.

2

целеполагание

3

Обеспечение мотивации и принятия суворовцами цели урока

Проводит эксперимент с камертонами, подводит суворовцев к формулировке цели урока

Суворовцы совместно с преподавателем участвуют в демонстрации эксперимента, самостоятельно формулируют цель урока

3

Поисковый

7

Постановка проблемной задачи практического характера

Формирует поисковые группы, побуждает желания суворовцев самостоятельно добывать все недостающие факторы при исследовании особенностей акустического резонанса

Суворовцы, работая в группах, самостоятельно исследуют условия возникновения резонанса и факторы, влияющие на степень выраженности резонанса, делают самостоятельные выводы

4

Актуализация знаний учащихся

5

Актуализация опорных знаний и умений в объяснении явления акустического резонанса и условий необходимых для его существования

Предлагает вопросы, позволяющие систематизировать полученные экспериментальные данные по установлению условий, приводящих к возникновению звукового резонанса (приложение1) , обращает внимание на факторы, позволяющие получать наиболее выраженный звуковой резонанс

Суворовцы, работая в группах, формулируют условия возникновения резонанса и определяют факторы, влияющие на проявление акустического резонанса. Делают необходимые записи в тетради.

4

Усвоение новых знаний

17

Рассмотрение различных проявлений звукового резонанса в природе, медицине, технике и военном деле

Предлагает к рассмотрению вопросы, демонстрирует видеофрагмент№1, предлагает к применению устройства, работающие за счет звукового резонанса (стетоскоп, рупор), предлагает к самостоятельному рассмотрению дополнительный материал (приложение2)

Отвечают на вопросы преподавателя, участвуют в практической деятельности, работают с дополнительной литературой, делают сообщения по анной теме

5

Обобщение и систематизация

5

Обобщение и систематизация условий и примеров проявления звукового резонанса

Предлагает по группам записать все примеры проявления и использования звукового резонанса в природе, медицине, технике и военном деле. Демонстрирует видеофрагмент №2

Суворовцы работают в группах, обобщая информацию, полученную на уроке, обсуждают информацию, дополняя друг друга

6

Рефлексия, подведение итогов урока

3

Мобилизация суворовцев на рефлексию своих действий на уроке

Помогает суворовцам осмыслить и правильно оценить свои действия на уроке, предлагая выполнить задание по группам (приложение3) Демонстрирует видеофрагмент №3

Осмысление суворовцами результатов своих действий на уроке при письменном ответе на поставленные перед ними вопросы

7

Задание на самоподготовку, инструктаж по его выполнению

2

Обеспечение понимания цели, содержания и способов выполнения домашнего задания. Проверка соответствующих записей

Выдает суворовцам домашнее задание с подробными пояснениями по его выполнению

Задание на сам\по: итоги гл.6 упр.6

Получают задание с подробными пояснениями его выполнения

Преподаватель___________Гарагуля С.Л. «__15__»___декабря_______________2015_г.

План-конспект урока:

1.Здравствуйте товарищи суворовцы. Предлагаю заполнить лист рефлексии (анонимно) Прежде чем начать наш урок проверим, готовы ли мы к работе. На столах перед ними развернутыми в мою сторону стоят камертоны (нота ля). Я возбуждаю камертон и останавливаю. Суворовцы слушают свои камертоны. Как вы думаете, о чем сегодня пойдет речь на нашем уроке? Правильно сегодня мы будем говорить о звуковом резонансе. Записали тему урока и домашнее задание.

Приложение 1

Товарищи суворовцы, а что такое звук? Что является причиной возникновения звука? А какие величины характеризуют звук? (громкость, определяется амплитудой колебаний, измеряется в Беллах и децибелах, высота звука зависит от частоты, интенсивность звука, определяется энергией, переносимой через единицу поверхности за 1с. Я предлагаю вам, используя камертоны, выяснить (условия которые должны исследовать записать на доске)

1) Какие условия должны выполняться,чтобы возник звуковой резонанс.

2) при каких условиях резонанс не возникает. Какие факторы влияют на степень выраженности резонанса, т.е.

3)при каких условиях резонанс более отчетливо выражен . (Суворовцы, работают в группах, обсуждают). Из гостей, присутствующих на уроке сделать еще одну группу (по возможности)

Суворовцы докладывают, к каким выводам они пришли. Обобщаем сказанное, и демонстрирую еще раз резонанс, кладу кусочек мела на один из камертонов и обсуждаем, почему нет резонанса (В результате возбуждения ветвей одного из камертонов вокруг него возникает звуковая волна и он выступает в качестве вынуждающей силы. В случае, если собственная частота колебаний второго камертона совпадет с частотой первого, то возникает резонанс, т.е. произойдет резкое увеличение амплитуды колебаний ветвей второго камертона и он зазвучит). Записываем в тетради, что такое резонанс и условие резонанса. Какова роль ящика под камертоном? Это резонатор. Он подобран таким образом, чтобы частота его собственных колебаний совпадала с частотой колебаний камертона. (обратить внимание, что для камертонов разных частот размеры резонаторов отличаются друг от друга. Площадь ящика намного превосходит площадь ветвей камертона, т.е. звучит и сам резонатор тоже. Обратите внимание, что наиболее выражен резонанс когда резонаторы повернуты друг к другу, т.е. объем воздуха в резонаторе увеличивается, что приводит к дополнительному усилению отражающихся от поверхностей резонаторов волн. Внутри ящика волны накладываются друг на друга, усиливаются и выходят из отверстия направленным потоком. Покрутить резонатор. Закрыть и открыть его рукой.

А как вы думаете, что общего между слоном и зайцем (на экран вывести их фотографии)? (их уши- это большие резонаторы, обратите внимание на то, что уши слона в складочку и внутри ушей есть волоски-резонаторы, что усиливает звуковой резонанс. Кроме того хобот слона это тоже резонатор. Знаете ли вы, что слоны слышат друг на расстоянии 10 км (правда они еще слышат инфразвук через подошвы ног. Слоны в день пьют 140-160л воды и без нее они не могут. Поэтому слоны слышат ливневые дожди на расстоянии 240 км. Вы обращали внимание, как громко квакают лягушки. У них тоже есть свои резонаторы А есть ли у нас резонаторы? (ушная раковина, горло). Предложить суворовцам тихо сказать ура и громко.. А если не хватает сил, то можно… Сложить из картона рупор и продолжать говорить в рупор. Рупор увеличивает объем резонатора, что приводит к дополнительному усилению звука. Или вы знаете, что когда плохо слышно к ушной раковине прикладывают руку (показать). Где еще используется звуковой резонанс? (Раздать суворовцам материал, который они читают и докладывают)

Приложение 2

В каждом музыкальном инструменте есть свой резонатор, используемый для усиления звучания и для придания звуку окраски (тембра).Особая форма гитары, скрипки, валторны, органа, барабана -это резонаторы. Увеличивая площадь поверхности, используя определенную форму, используя определенный состав лака, настраивают музыкальный инструмент в резонанс с резонатором и мы слышим прекрасную музыку. Если посмотреть внутрь большого органа, то увидим множество труб различных по длине от 5см до 6м и более. Некоторые трубы сделаны из дерева, некоторые из металла, некоторые квадратного сечение, некоторые круглого сечения, резонанс столбов воздуха в этих трубах порождает красивое звучание органной музыки. Замкнутые пространства под эстрадой концертных залов и под оркестровой ямой оперных театров также являются своеобразными резонаторами, усиливающими звучность. Аналогичную роль играют подвесные «мембранные потолки» концертных и театральных залов

Звуковой резонанс используют врачи, например для того, чтобы прослушать сердечко еще не рожденного ребенка. (показать стетоскоп), фонендоскоп. Распространенный звуковой метод диагностики заболеваний – выслушивание. Для этого используют стетоскоп, деревянную трубочку или фонендоскоп. Фонендоскоп состоит из полой капсулой с передающей звук мембраной, прикладываемой к телу человека, от нее идут резиновые трубки, идущие в ухо врача. В полой капсуле возникает резонанс столба воздуха, вследствие чего усиливается звучание и врач слышит (показать фонендоскоп).

В аэродинамике известно вредное явление фляттер, представляющее собой вредное резонансное дрожание крыла самолета в полете, что может привести к поломке самолета. Долгое время не могли гасить эти колебания, пока не догадались у передней кромки крыла делать утяжеление, т.е менять собственную частоту колебаний, что гасила вредные резонансные колебания. Природа тоже в течение веков выработала борьбу с фляттером. Так, например, у стрекоз в передней части крыла тоже есть хитиновое утолщение. Удаление его не лишает стрекозу возможности летать, но она будет порхать как бабочка, что нарушает правильность полета.

В начале июня 1960 года американский посол продемонстрировал в ООН в Нью-Йорке герб Соединенных штатов, который висел в кабинете американского посла в Москве. В ней был спрятан крохотный жучок, который будучи приведен в действие, передавал на советский пост контроля все, что говорилось в кабинете посла. Мировая практика создания и использования подслушивающих устройств ничего подобного раньше не знала. Это был пассивный жучек, под кодовым названием Златоуст, т.к.: ни элементов питания, ни проводов, ни тока – ничего такого, что можно было бы обнаружить.Устройство напоминало собой крошечного головастика с маленьким хвостиком. Приводилось в действие оно источником микроволнового сигнала, который заставлял рецепторы головастика резонировать. Голос человека влиял на характер резонансных колебаний устройства, позволяя осуществлять перехват речи. Микрофон мог функционировать бесконечно долго за счет микроволновых импульсов, подаваемых ему чрезвычайно мощным генератором с расстояния до 300 метров. Господину послу в Артеке в торжественной обстановке вручили огромный, сверкающий лаком деревянный герб США, который на восемь лет переселился в сверхсекретный кабинет американского посланника. Причем, заложенный в гербе микрофон – жучек пережил аж четырех послов, исправно выполняя свою секретную функцию.
Каждый из них, прежде чем приступить к исполнению служебных обязанностей, считал своим долгом сменить обстановку в рабочем кабинете. Послы меняли все – шторы, кресла, стол, стулья и даже чернильницы. Несменяемым в кабинете оставался только герб. Обнаружить жучка “помог” советский предатель, который и сообщил американцам о том, что их постоянно подслушивают.
Впрочем, даже после разоблачения “Златоуст” продолжил свою жизнь. Сначала его “пытали” на предмет устройства (для того чтобы скопировать). А потом отправили в музей.

Рассказывают, что при пении Федор Ивановича Шаляпина

дрожали (резонировали) хрустальные подвески люстр. От того ли, что голос был громким? Вовсе

Задать? А встречались ли вы, с проявлениями звукового резонанса.(может быть вспомнят про Эолову арфу или про звучание проводов при ветре. (Если не вспомнят, то напомнить)

Мы с вами знаем, что основное свойство волн это… (они говорят- перенос энергии без переноса вещества. А от чего зависит энергия волны? (отвечают: от квадрата амплитуды колебаний). Таким образом, если при резонансе резко увеличивается амплитуда колебаний, значит, увеличивается и энергия волны. Давайте посмотрим… (видеофрагмент№1 звуковой резонанс 2 минуты). А как вы думаете, зачем артиллеристы, танкисты одевают шлемы? Чтобы уменьшить последствия звукового резонанса. Энергия звуковой волны может приводить к разрушительному действию и тогда когда сверхзвуковой самолет преодолевает звуковой барьер. (на экран вывести фото сверхзвукового самолета)

Ударная волна Разрушительная сила звука проявляется в так называемой ударной волне, которая образуется когда, например, самолет двигается со сверхзвуковой скоростью. (На доске показать сравнение скорости звука и скорости, например истребителя). Если самолет движется со сверхзвуковой скоростью, то волны, нагромождаясь друг на друга, вписываются в некоторый угол. (рис. стр.60 рис. 22(в). При наложении волн друг на друга происходит усиление горбов и впадин волн, т.е увеличение амплитуд колебаний результирующих волн, а значит и значительное увеличение энергии волны. Ударная волна возникает по существу благодаря наложению друг на друга большого количества волн. Это аналогично образованию носовой волны морского корабля, когда он движется со скоростью превосходящей скорость, образуемых им волн. В момент, когда самолет достигает скорости звука, он преодолевает барьер, образованный звуковыми волнами перед ним, ему требуется дополнительное усилие, для преодоления этого звукового барьера и в тот момент возникает акустический удар, который продолжается доли секунды, но этого достаточно, чтобы разбить окна или вызвать другие повреждения. Он может вызвать психологический дискомфорт. Фактически акустический удар, вызываемый сверхзвуковым самолетом представляет собой двойной удар, поскольку ударная волна образуется как спереди так и позади самолета. Но еще более ощутимое последствие звукового резонанса проявляется в использовании так называемого звукового или акустического оружия (видео№2 акустическое оружие-5минут).

Приложение 3

Итак, мы сегодня познакомились с разнообразными примерами проявлениями звукового резонанса. Предлагаю вам записать, что вы сегодня узнали о резонансе. Работают по своим группам на полуватмане. Рисуют солнце-резонанс, а лучики примеры его использования. Вывешиваем на доске и после этого обсуждаем. Суворовцы знакомятся с работами других групп и, если возникает необходимость, дополняют друг друга.

Заполняем лист рефлексии и в конце урока видео №3 Влияние музыки на песок (в качестве благодарности присутствующим). Обговариваем влияние звука не только на песок и структуру вещества, но и на нашу психику. Особенно влияние тяжелого психоделического рока.

Преподаватель озвучивает оценки за урок, благодарит суворовцев за работу на уроке и всех присутствующих, за уделенное внимание.

Как определить и исправить состояние резонанса

Многие эксперты, работающие в области анализа вибрации, согласятся, что резонанс – очень частая причина чрезмерной вибрации оборудования.

Резонанс – это результат воздействия внешней силы, колеблющейся с той же частотой, что и собственная частота системы. Собственная частота характерна для каждой машины, строения и даже животных.

Часто резонанс можно спутать с собственной частотой или критической частотой.Если оборудование работает в состоянии резонанса, уровни вибрации будут значительно усилены, что может вызвать отказ оборудования и простои завода. Поэтому важно, чтобы скорость работы оборудования была вне диапазона резонанса.

Как определить резонансную частоту

Многие методы могут использоваться для идентификации и / или подтверждения высокого уровня вибрации, вызванного резонансной частотой. Очень важно подтвердить явление резонанса по крайней мере двумя различными типами тестов, прежде чем пытаться его исправить.Мы рассмотрим несколько методов, обычно используемых в отрасли.

Методы подтверждения резонанса

Испытание на удар: Один из наиболее часто используемых методов измерения собственной частоты системы – это удар массой и измерение отклика.

Этот метод эффективен, поскольку при ударе в оборудование передается небольшая сила в большом диапазоне частот.

При выполнении этой техники важно попытаться воздействовать на разные участки конструкции, поскольку все резонансные частоты конструкции всегда можно измерить, воздействуя в одном месте и измеряя в одном и том же месте.

При попытке идентифицировать резонансы машины следует проводить измерения как точки привода, так и точки передачи.

Этот тип теста должен выполняться при выключенном оборудовании. Таким образом, вы можете легко определить собственные частоты оборудования (см. Рисунок 1).

Рис. 1. Испытание на удар, оборудование выключено

Испытание на удар с использованием молотка с инструментами: Это испытание в основном такое же, как и обычное испытание на удар, за исключением того, что для возбуждения системы используется молоток с инструментами.Этот молоток, оснащенный акселерометром на одном конце, используется вместе с датчиком, используемым для измерения вибрации.

Необходим двухканальный виброанализатор, в котором один канал подключен к оборудованному отбойному молотку, а другой – к датчику вибрации.

Используя этот метод, вы можете эффективно измерить силу, создаваемую системой отбойным молотком, и отклик на разных частотах. Когда фаза сдвигается на 90 градусов, частота, на которой это происходит, является собственной частотой (рисунок 2).

Преимущество использования этого метода заключается в том, что он позволяет контролировать фазовые сдвиги и согласованность. С помощью этой информации вы можете создавать рабочие формы отклонения для визуализации вибрирующего тела.

Рис. 2. Испытание на удар силовым молотком

Удержание пикового значения по инерции: Другой используемый метод – мониторинг уровня вибрации с использованием функции удержания пика при выключении оборудования, как это происходит обычно.

Уровень вибрации должен снижаться с постоянной скоростью. Если уровни вибрации начинают расти в любой момент, когда оборудование выключается, скорость, с которой увеличивается амплитуда, является возможной собственной частотой (Рисунок 3).

Рис. 3. Удержание пика накатом вниз

Пиковая фаза выбега: Как и удержание пика выбегом, этот тест должен проводиться во время отключения оборудования.Установив на вращающийся вал оборудования фотоприхватку и кусок световозвращающей ленты, можно отслеживать вибрацию и ее фазу.

Это позволит вам увидеть амплитуду и фазовый сдвиг на всех скоростях работы оборудования. Если нет резонанса, вызываемого скоростью поворота, уровни вибрации должны падать с постоянной скоростью.

Если вибрация достигает пика при определенной скорости, а фаза сдвигается на 180 градусов, это указывает на собственную частоту оборудования или конструкции.Фактическая собственная частота – это частота, расположенная в середине фазового сдвига (90 градусов) (Рисунок 4).

Рис. 4. Фаза пика выбега с понижением

Формула для собственной частоты

Собственная частота – это частота свободных колебаний системы, при которой система вибрирует, рассеивая свою энергию. Собственная частота (ω n ) оборудования, выраженная в радианах в секунду, является функцией его жесткости (k) и его массы (m), как показано в следующем уравнении:

Если изменить любой из этих двух параметров, изменится собственная частота.

Как изменить собственную частоту?

Если мы хотим изменить собственную частоту тела, мы должны либо изменить жесткость, либо массу. Увеличение массы или снижение жесткости приведет к снижению собственной частоты, в то время как уменьшение массы или увеличение жесткости приведет к увеличению собственной частоты.

Как мы можем управлять критически важным оборудованием, если мы не можем изменить собственную частоту?

Если мы не можем изменить жесткость или массу оборудования, нам предлагаются два возможных варианта.Одно из простых решений – изменить рабочую скорость оборудования на 20–30 процентов, но обычно это не вариант.

Другое решение – установить на оборудование динамический амортизатор, чтобы значительно снизить уровень вибрации оборудования. Динамический поглотитель представляет собой систему пружины и массы, которая устанавливается последовательно с резонансной системой для создания противофазной возбуждающей силы для эффективного противодействия начальной возбуждающей силе.

Резонанс, вероятно, является одной из пяти распространенных причин чрезмерной вибрации оборудования.Эффективное определение резонансной частоты может оказаться сложной задачей.

Нам необходимо точно определить собственную частоту, выполнив по крайней мере два различных теста, таких как испытание на удар, удержание пика выбегом, фазу пика выбега или испытание на удар с помощью отбойного молотка.

После подтверждения резонанса измените массу или жесткость оборудования, чтобы изменить его собственную частоту. Если это невозможно, попробуйте изменить скорость работы оборудования.Если это не удается, рассмотрите возможность установки динамического поглотителя для противодействия начальной возбуждающей силе.

Номер ссылки

Фокс, Рэнди. «Динамические поглотители для решения резонансных задач».

Об авторе:
Ален Пеллегрино (Alain Pellegrino) – специалист по профилактическому обслуживанию в Laurentide Controls Ltd. В качестве местного делового партнера Emerson Process Management, Laurentide Controls является крупнейшим поставщиком решений автоматизации в восточной Канаде.Для получения дополнительной информации посетите www.laurentide.com.

Как диагностировать и предотвратить резонанс

7 июня 2016 г.

Автор: Грант Слингер – инженер-механик II

В качестве консультантов по вибрации в Pioneer Engineering нас часто вызывают для исследования оборудования, которое демонстрирует чрезмерную вибрацию. Часто предполагается, что простая балансировка ротора решит проблему вибрации.Однако при дальнейшем исследовании нередко обнаруживается, что структурный резонанс является основной причиной чрезмерной вибрации, а балансировка не является жизнеспособным или долгосрочным решением проблемы. Это особенно часто встречается в оборудовании с регулируемой скоростью или оборудовании, скорость движения которого недавно изменилась. Но что такое резонанс и как правильно диагностировать и устранять проблему?

Что такое резонанс?

Есть два типа вибрации, которые необходимо учитывать при исследовании проблемы потенциального резонанса; вынужденная вибрация и свободная вибрация.Вынужденная вибрация возникает, когда объект заставляется вибрировать с определенной частотой под действием колебательного входа или силы (например, силы дисбаланса). Свободная вибрация возникает, когда объекту придают начальное смещение, а затем позволяют «звенеть» без внешней силы, которая удерживает его в движении. Частота, на которой естественно возникает эта свободная вибрация, известна как собственная частота. Если объект заставляют вибрировать на своей собственной частоте, возникает резонанс. Это то, что вызывает большие амплитуды вибрации, когда рабочая скорость машины равна или близка к собственной частоте, даже если входные силы низкие.

Как определить резонанс

Можно провести несколько различных полевых испытаний, чтобы убедиться, что резонанс действительно является причиной чрезмерной вибрации в системе. Двумя наиболее распространенными испытаниями являются испытание на удар в модальном режиме и сбор данных при запуске или выбеге.

Анализ запуска и останова

Данные о вибрации, собранные во время запуска или остановки машины, предоставляют обширную информацию, недоступную для данных в установившемся режиме. Что наиболее важно, он дает возможность сравнивать амплитуду и фазу вибрации во всем диапазоне рабочих скоростей.Различные источники вибрации по-разному ведут себя при изменении скорости. Например, дисбаланс обычно вызывает амплитуду колебаний, которая экспоненциально возрастает с увеличением скорости. Несоосность обычно вызывает вибрацию, линейно возрастающую с увеличением скорости. Однако резонанс характеризуется большим увеличением вибрации на резонансной частоте, но обычно более низкими амплитудами на всех других скоростях. На приведенном ниже каскадном графике показан пример типичной вибрации, проявляющейся во время запуска машины с собственной частотой конструкции в ее рабочем диапазоне скоростей.

Испытание на ударную вязкость

Часто известный как испытание на удар или модальный анализ, это метод, который позволяет нам экспериментально определять собственные частоты, формы колебаний и демпфирование испытательной конструкции. Если какая-либо из рассчитанных собственных частот находится в пределах или около диапазона рабочих скоростей машины, существует вероятность возникновения резонансного состояния. Обычно полевые модальные испытания проводят с откалиброванным модальным ударным молотком. Молоток содержит датчик нагрузки в наконечнике, который обеспечивает прямое измерение силы удара, приложенной к системе.Акселерометры размещены по всей испытательной конструкции, чтобы измерить реакцию системы на удар молотка. Спектр этого сигнала вызова может быть использован для определения собственных частот системы. Этот тест обычно выполняется при выключенной машине, однако расширенная обработка сигналов также может использоваться для усреднения вибрации в условиях работы и определения только свободной вибрации.

Как избежать резонанса

Как мы видели, резонанс возникает, когда собственная частота системы совпадает с ожидаемыми частотами вынужденной вибрации (например, дисбаланса), что может привести к серьезным уровням вибрации.Если установлено, что резонанс на самом деле является причиной чрезмерной вибрации, что можно сделать, чтобы остановить или минимизировать эффект резонансного состояния?

Собственная частота системы зависит от двух основных факторов; жесткость и масса. Если собственная частота равна w, w = sqrt (k / m).

Где k – жесткость, m – масса. Следовательно, чтобы изменить собственную частоту, нам нужно изменить либо k, либо m, либо и то, и другое. Обычно цель состоит в том, чтобы увеличить собственную частоту до уровня выше любых ожидаемых частот вибрации.Если собственная частота выше или значительно дальше от ожидаемых частот вибрации, резонанс, скорее всего, не возникнет. Эта теория лежит в основе любых структурных изменений, проводимых во избежание резонанса.

На практике следующие правила могут использоваться для сдвига собственной частоты и минимизации вибрационной характеристики системы;

  1. Добавление жесткости увеличивает собственную частоту
  2. Добавление массы уменьшает собственную частоту
  3. Увеличение демпфирования снижает пиковый отклик, но расширяет диапазон отклика
  4. Уменьшение демпфирования увеличивает пиковый отклик, но сужает диапазон отклика
  5. Уменьшение амплитуды форсирования снижает резонансный отклик

Если изменение собственной частоты определено как лучшее решение, важно полностью охарактеризовать систему, прежде чем предпринимать какие-либо изменения конструкции.Недавно мы провели анализ вибрации при запуске небольшого здания, примыкающего к энергетической турбине, работающей на природном газе мощностью 200 МВт. При запуске было отмечено значительное увеличение вибрации в здании, когда турбина вышла из диапазона 700 об / мин. Модальные испытания здания на удар показали, что собственная частота находится на той же частоте 700 циклов в минуту, что подтверждает наличие резонансного состояния. Можно легко предположить, что простое добавление жесткости опорной конструкции здания уменьшит амплитуду вибрации.Однако было известно, что первый вал, критичный для ротора, имел скорость около 1500 циклов в минуту. Если к конструкции вслепую добавить жесткость, она может легко сместить собственную частоту в диапазон 1500 циклов в минуту, что значительно усугубит вибрацию. В этом случае может быть лучше добавить к системе массу и сместить собственную частоту вниз до частоты, при которой силы ниже.

В Pioneer Engineering мы рекомендуем использовать утвержденную модель анализа методом конечных элементов (FEA) для определения оптимальных изменений конструкции, чтобы исправить и избежать резонансных условий.Это позволяет нам сначала протестировать различные возможные изменения конструкции в компьютерном моделировании, прежде чем рекомендовать какие-либо структурные изменения. Просмотрите канал Pioneer для следующей статьи, озаглавленной «Важность проверки моделей FEA», чтобы получить дополнительную информацию о том, как Pioneer Engineering проверяет и тестирует структурные изменения, чтобы избежать резонанса.

Pioneer Engineering имеет обширный опыт проведения модального анализа для диагностики проблем резонанса, а также создания теоретических компьютерных моделей FEA для рекомендации проверенных структурных изменений.Для получения дополнительной информации о том, как модальный анализ и FEA могут быть реализованы на вашем предприятии, свяжитесь с нами по телефону 970-266-9005 или здесь.

определение условия резонанса | Словарь английских определений

резонанс


n

1 условие или качество резонанса

2 Звук, производимый телом, вибрирующим в знак симпатии к соседнему источнику звука

3 состояние тела или системы, когда они подвергаются периодическим возмущениям с той же частотой, что и собственная частота тела или системы.На этой частоте система демонстрирует усиленные колебания или вибрацию

4 усиление речевых звуков за счет симпатической вибрации в костной структуре головы и груди, звучащей в полостях носа, рта и глотки

5 (Электроника) состояние электрической цепи, когда частота такова, что емкостное и индуктивное реактивные сопротивления равны по величине. Тогда в последовательной цепи есть максимальный переменный ток, в то время как в параллельной цепи переменный ток минимальный

6 (Med) звук, слышимый при постукивании по полой структуре тела, особенно.грудь или живот. Изменение качества звука часто указывает на основное заболевание или расстройство

7 (Chem) явление, при котором электронная структура молекулы может быть представлена ​​двумя или более гипотетическими структурами, включающими одинарные, двойные и тройные химические связи. Истинной структурой считается среднее значение этих теоретических структур

a состояние системы, в которой существует резкая максимальная вероятность поглощения электромагнитного излучения или захвата частиц

b тип элементарной частицы с чрезвычайно коротким временем жизни.Резонансы рассматриваются как возбужденные состояния более стабильных частиц
(C16: от латинского «резонирующий» – «резонирующий»)

электронный парамагнитный резонанс
n (Физика) другое название для → Электронно-спиновый резонанс (Аббревиатура) ЭПР

электронный спиновой резонанс
n метод исследования парамагнитных веществ путем воздействия на них высокочастотного излучения в сильном магнитном поле.Изменения спина неспаренных электронов вызывают поглощение излучения на определенных частотах (аббревиатура). ESR См. Также → ядерный магнитный резонанс

магнитный резонанс
n реакция атомов, молекул или ядер, подвергнутых магнитному полю, на радиоволны или другие формы энергии: используется в медицине для сканирования (магнитно-резонансная томография)

ядерный магнитный резонанс
n метод определения магнитных моментов ядер путем воздействия на вещество высокочастотного излучения и сильного магнитного поля.Метод используется как метод определения структуры (Сокращение). ЯМР См. Также → электронный спиновой резонанс

Сканер ядерного магнитного резонанса
n Аппарат для медицинской техники, в котором изменения составляющих атомов тела под действием мощного электромагнита используются для создания компьютерных изображений внутренних органов

параллельный резонанс
n резонанс, который возникает, когда элементы схемы соединены с их индуктивностью и емкостью параллельно, так что полное сопротивление комбинации возрастает до максимума на резонансной частоте
Сравнить → последовательный резонанс

последовательный резонанс
n резонанс, который возникает, когда элементы схемы соединяются последовательно с их индуктивностью и емкостью, так что полное сопротивление комбинации падает до минимума на резонансной частоте
Сравнить → параллельный резонанс

Частота резонанса

– обзор

Влияние уровней насыщения кислородом на сигналы ядерного магнитного резонанса

Частота ЯМР ядер с ненулевым спином пропорциональна ядерному гиромагнитному отношению и силе локального поля, испытываемого ядром.Таким образом, изменения в распределении поля внутри и вокруг эритроцитов влияют на несколько параметров ЯМР, включая резонансную частоту и времена релаксации ЯМР. Эти два параметра будут обсуждаться отдельно в следующих нескольких абзацах. Обсуждение будет сосредоточено на ядрах водорода, наиболее часто изучаемых ядерных частицах в биомедицинских ЯМР и МРТ. Наибольшая часть сигналов ЯМР водорода от живых организмов исходит от несвязанной воды, которая присутствует в высокой молярной концентрации во многих тканях, включая кровь.Высокая концентрация, большое гиромагнитное отношение и высокое содержание изотопов значительно увеличивают чувствительность ЯМР-обнаружения водорода, что позволяет получать МР-изображения живых организмов с высоким разрешением.

Локальное микроскопическое поле, испытываемое ядром в однородной среде с заданной восприимчивостью χ , погруженное во внешнее приложенное поле B 0 isBL − B0 = Ds − 23χ − χ0B0, где D – размагничивающий фактор зависит от геометрии образца, а 2/3 – геометрический фактор сферы, нарисованной вокруг ядра.Эту конструкцию обычно называют «сферой Лоренца», условной сферической вакуумной полостью, окружающей ядро, что объясняет тот факт, что в атомном масштабе среда не может быть представлена ​​как континуум. Интересно отметить, что для сферического образца D s = 2/3 и резонансная частота не зависит от изменений χ . Для эритроцитов геометрия далека от сферической, и следует ожидать сдвига резонансной частоты для молекул воды в суспензии эритроцитов при изменении восприимчивости клеток.Действительно, разница в 0,33 ppm в резонансной частоте ядер водорода в оксигенированной и деоксигенированной крови человека была измерена Thulburn и его коллегами в экспериментах, проведенных in vitro в сильных магнитных полях. Чтобы рассчитать влияние чувствительности на сигналы ЯМР в такой сложной среде, как кровь, необходимо уточнить теоретические основы.

В однородном материале реальный размер сферы Лоренца явно не появляется в расчетах.Однако кровь очень неоднородна, гемоглобин разделен на дискретные единицы (эритроциты), встроенные в плазму. Количественный расчет сдвига линии ЯМР протонов в крови требует немного более сложной конструкции, чтобы учесть различные масштабы характерной длины вкладов в локальное поле, обусловленных удаленными эритроцитами и гемоглобином. Сначала рисуется сфера Лоренца вокруг ядра достаточного размера, чтобы содержать большое количество эритроцитов, так что вклады в локальное поле от удаленных источников вокруг сферы плавно меняются.Поле, которое испытывает ядро ​​в центре сферы, равно BL = B0 + Ds − 23χbloodB0 + Bi, где B i обозначает вклады в локальное поле от источников внутри сферы, а χ кровь восприимчивость крови (сфера велика в клеточном масштабе, а внешняя среда выглядит как континуум). χ кровь зависит от относительного объема, занимаемого RBC V rbc (т. Е. Гематокрита): χblood = Vrbc × χrbc + Vrbc − 1χpl Для оценки B i , секунда нарисована сфера Лоренца, меньше клетки, но большая в молекулярном масштабе.Если эта сфера полностью заключена во внутриклеточном пространстве: Bi = Drbc − 23χrbc − χplB0

Для сложной формы эритроцитов геометрический фактор D rbc должен быть оценен численно с помощью процедур, аналогичных тем, которые используются для расчета распределение поля, показанное на рисунке 3, и зависит от ориентации ячейки по отношению к внешнему магнитному полю. В сильных полях, используемых Тулберном и его сотрудниками, эритроциты полностью ориентированы в конфигурации с минимальной энергией, и D rbc = 0.75.

Используя эту конструкцию, можно рассчитать относительные изменения в локальном поле, испытываемые ядрами, для компартментов плазмы и эритроцитов: ΔBpl / B0 = Ds − 23VrbcΔχrbcΔBrbc / B0 = Ds − 23VrbcΔχrbc + Drbc − 23Δχrbc

быстро рассеиваются

внутри и вне ячейки, и динамически усреднять все распределение поля в типичной шкале времени ЯМР. В этом режиме быстрого обмена сигнал ЯМР состоит из узкого резонанса, центральная частота которого отражает среднее поле, испытываемое ядром.Таким образом, резонансный сдвиг ядер водорода молекулы воды в крови пропорционален среднему значению изменений локального поля во внутри- и внеклеточной среде, взвешенных по относительным размерам водных компартментов (0,3 и 0,7 для эритроцитов и эритроцитов). плазма соответственно).

Для изменения внутриклеточной магнитной восприимчивости Δ χ rbc = 2,5 × 10 −6 , что соответствует разнице между оксигенированными и деоксигенированными эритроцитами, и для цилиндрического образца крови с гематокритом 40% эти расчеты предсказывают сдвиг водородного резонанса на 0.3 ppm, что близко к сдвигу, измеренному Thulburn и соавторами при аналогичных условиях. Приведенная выше теоретическая оценка показывает, что этот сдвиг можно почти полностью объяснить изменениями магнитной восприимчивости крови, а не прямым взаимодействием молекул воды с парамагнитными центрами.

Сдвиг резонансной частоты – не единственное и не самое сильное влияние магнитных свойств крови, зависящих от оксигенации, на параметры ЯМР. Быстрая диффузия молекул воды в градиентах поля внутри и снаружи клеток, а также вблизи небольших капилляров способствует необратимой потере фазовой когерентности ядерной спиновой системы.Характерное время этого процесса называется временем спин-спиновой релаксации, или T 2 . Для более крупных кровеносных сосудов несоответствие восприимчивости крови и окружающей ткани приводит к градиентам магнитного поля в большем масштабе, чем измеренный при диффузии молекул воды. Частично обратимая дефазировка спинов, вызванная этими более протяженными в пространстве градиентами, регулируется постоянной времени, называемой T2 *.

Оба механизма релаксации более эффективны в присутствии более сильных градиентов, а T 2 и T2 * короче в деоксигенированной крови.Важно отметить, что изменения оксигенации крови не только влияют на время ЯМР-релаксации ядерных спинов в крови, но и в окружающей ткани. Сосудистая сеть сильно структурирована, мельчайшие капилляры имеют всего несколько микрон в диаметре и разделены несколькими десятками микрон. Следовательно, изменение оксигенации крови влияет на время релаксации большого количества спинов как во внутри-, так и во внесосудистом отделах, а времена релаксации ЯМР более чувствительны, чем относительно небольшой сдвиг резонансной частоты, к изменениям уровней оксигенации крови.МР-изображения могут быть сенсибилизированы к T 2 и T2 * с помощью соответствующих последовательностей радиочастотных импульсов, таким образом используя RBC в качестве эндогенного источника контраста. Применение этих методов для отображения паттернов мозговой активности обсуждается в следующем разделе.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Двойная модуляция SRS и SREF микроскопия: вклад сигналов в предрезонансных условиях

Преэлектронное усиление резонанса может повысить чувствительность нелинейной рамановской микроскопии до предела обнаружения одиночных молекул.Однако серьезной проблемой является генерация фонового сигнала из-за нежелательных линейных и нелинейных фотофизических процессов. В этой работе мы сообщаем о настройке новой схемы обнаружения для микроскопии вынужденного комбинационного рассеяния света, основанной на одновременной модуляции накачки и стоксова пучка. Помимо возможности параллельного обнаружения вынужденных рамановских потерь и усиления (SRL и SRG), установка дает доступ к количественному анализу различных источников фонового сигнала. Мы сообщаем об измерениях со спектральным и временным разрешением на трех типичных родаминовых красителях и выводим вклады двухфотонного поглощения и стимулированного излучения в их сигналы SRL, SRG и стимулированного комбинационного возбуждения флуоресценции.Эти результаты служат руководством для дальнейшего повышения чувствительности нелинейной рамановской микоспектроскопии в условиях электронного предрезонанса.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй снова?

2.5: Правила для форм резонанса

Правила рисования и работы с участниками резонанса

Распознавание, рисование и оценка относительной стабильности вкладчиков резонанса имеют важное значение для понимания механизмов органических реакций.При обучении рисованию и интерпретации резонансных структур вам помогут несколько основных рекомендаций. .

1) Для каждой молекулы или иона существует ТОЛЬКО ОДНА РЕАЛЬНАЯ СТРУКТУРА. Эта реальная структура (резонансный гибрид ) берет свой характер из среднего значения всех отдельных вкладчиков резонанса . Глядя на вкладчиков резонанса, мы видим одну и ту же молекулу или ион, изображенные по-разному. Резонансные гибриды действительно представляют собой единую неизменную структуру.


Формиат-ион, вносящий основной вклад в резонанс


Представления гибрида формиатного резонанса

2) Резонансный гибрид более устойчив, чем любые индивидуальные резонансные структуры. Часто резонансные структуры представляют собой движение заряда между двумя или более атомами. Заряд распределен между этими атомами и, следовательно, более стабилизирован. Глядя на картинку выше, участники резонанса представляют отрицательный заряд как на одном, так и на другом кислороде.Резонансный гибрид показывает, что отрицательный заряд поровну распределяется между двумя атомами кислорода. В резонансном гибриде отрицательный заряд распространяется на большую часть молекулы и, следовательно, более стабилен.

3) Участники резонанса не обязательно должны быть эквивалентными. Из-за этого резонансные структуры обязательно вносят равный вклад в резонансный гибрид. Две показанные ниже резонансные структуры не эквивалентны, потому что одна показывает отрицательный заряд кислорода, а другая – углерода.Позже мы покажем, что участник с отрицательным зарядом кислорода является более стабильным из двух. Кроме того, это означает, что резонансный гибрид не будет точной смесью двух структур.

4) Все составляющие резонанса должны быть правильными структурами Льюиса. Каждый атом должен иметь полную валентную оболочку и иметь правильные формальные заряды. Карбокатион (углерод только с 6 валентными электронами) – единственное разрешенное исключение из правил валентной оболочки.Приведенная ниже структура является недопустимой резонансной структурой, хотя она показывает только движение пи-связи. Полученная структура содержит углерод с десятью электронами, что нарушает правило октетов, делая его недействительным.

5) Все участники резонанса должны иметь одинаковую молекулярную формулу, одинаковое количество электронов и одинаковый общий заряд. Молекулы на рисунке ниже не являются резонансными структурами одной и той же молекулы, потому что тогда они имеют разные молекулярные формулы (C 2 H 5 NO Vs.C 2 H 6 НЕТ). Кроме того, две структуры имеют разные чистые заряды (нейтральный против положительного).

6) Вкладчики резонанса различаются только положением пи-связи и неподеленной пары электронов. Сигма-связи никогда не разрываются и не создаются, потому что атомы должны сохранять свое положение. Молекулы на рисунке ниже не являются резонансными структурами одной и той же молекулы, даже если они имеют одинаковую молекулярную формулу (C 3 H 6 O).Эти молекулы считаются структурными изомерами, потому что их различие включает разрыв сигма-связи и перемещение атома водорода.

Основные и второстепенные участники резонанса

Как указывалось ранее, истинная структура резонансного гибрида – это комбинация всех возможных резонансных структур. Если резонансные структуры равны по устойчивости, они вносят равный вклад в структуру гибрида. Однако, если резонансные структуры имеют разную устойчивость, они вносят вклад в структуру гибрида в пропорциях, связанных с их относительной стабильностью.Можно сказать, что резонансная гибридная структура напоминает наиболее устойчивую резонансную структуру. В связи с этим важно иметь возможность сравнивать устойчивость резонансных структур. В приведенном ниже примере структура B гораздо менее важна с точки зрения ее вклада в гибрид, потому что она содержит нарушенный октет карбокатиона. Относительная стабильность этих двух структур настолько сильно различается, что молекулы, содержащие связь C = O, почти всегда записываются в форме, подобной структуре A .Однако, как вы узнаете из главы 19, положительно заряженный углерод, созданный структурой B , объяснит, как связь C = O будет реагировать с частицами, богатыми электронами.

Правила оценки устойчивости резонансных структур

1. Резонансные структуры, в которых все атомы имеют полные валентные оболочки, более устойчивы. Это означает, что у большинства атомов есть полный октет. В приведенном ниже примере структура A имеет атом углерода с положительным зарядом и, следовательно, неполный октет.Исходя из этого критерия, структура A менее устойчива и вносит меньший вклад в резонансный гибрид, чем структура B .

2. Структуры с наименьшим числом формальных начислений более устойчивы. Исходя из этого, структура B менее устойчива, поскольку она имеет два атома с формальными зарядами, а структура A не имеет ни одного. Структура A будет вносить основной вклад в резонанс.

3.Структуры с отрицательным зарядом на более электроотрицательном атоме будут более стабильными. Разница между двумя резонансными структурами заключается в размещении отрицательного заряда. Структура B является более стабильной и вносит основной вклад в резонанс, потому что она накладывает отрицательный заряд на более электроотрицательный кислород.

4. Структуры с положительным зарядом на наименее электроотрицательном атоме (наибольший электроположительный) более стабильны.

5. Структуры с наименьшим разделением формальных сборов более устойчивы. Единственная разница между двумя приведенными ниже структурами – это взаимное расположение положительных и отрицательных зарядов. В структуре A, заряды расположены ближе друг к другу, что делает ее более стабильной.

6. Эквивалентные резонансные формы не имеют разницы в устойчивости . Глядя на две структуры ниже, нельзя сделать разницу, используя правила, перечисленные выше.Это означает, что две структуры эквивалентны по стабильности и будут вносить одинаковый структурный вклад в резонансный гибрид.

Примеры основных и второстепенных участников

Пример 1:

Пример 2:

Пример 3:

Пример карбоксилата

В случае карбоксилатов участники A и B ниже эквивалентны с точки зрения их относительного вклада в гибридную структуру.Однако существует также третий компонент резонанса C , в котором углерод несет положительный формальный заряд (карбокатион), а оба атома кислорода связаны одинарной связью и несут отрицательные заряды.


Структура C вносит менее важный вклад в общую картину связи группы по сравнению с A и B . Как мы узнаем, что структура C является «второстепенным» участником? Примените правила ниже

  • Углерод в участнике C не имеет октета.В общем, составляющие резонанса, в которых углерод не удовлетворяет правилу октетов, относительно менее важны. (Правило №1)
  • В структуре C всего три облигации, по сравнению с четырьмя в A и B . В общем, резонансная структура с меньшим количеством общих связей относительно менее важна. (Правило № 2)
  • Структура C также имеет больше формальных сборов, чем в A или B . В общем, резонансные составляющие, в которых больше / больше разделение зарядов, относительно менее важны.(Правило № 3)
  • Структуры A, и B эквивалентны и будут вносить равный вклад в резонансный гибрид. (правило №5).
  • Вкладчик резонанса, в котором отрицательный формальный заряд расположен на более электроотрицательном атоме, обычно кислороде или азоте, более стабилен, чем тот, в котором отрицательный заряд расположен на менее электроотрицательном атоме, таком как углерод. Пример находится в верхнем левом выражении на следующем рисунке. (Правило № 4)

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Изобразите основной вкладчик резонанса в структуре ниже.Включите на свой рисунок соответствующие изогнутые стрелки, показывающие, как вы перешли от данной конструкции к вашей структуре. Объясните, почему ваш участник является основным. На каких орбиталях находятся две неподеленные пары кислорода?

Решение

В приведенной выше структуре углерод с положительным формальным зарядом не имеет полного октета валентных электронов. Используя условные обозначения изогнутой стрелки, неподеленную пару на кислороде можно переместить в соседнюю связь слева, а электроны в двойной связи сдвинуть влево (см. Правила рисования вкладчиков резонанса, чтобы убедиться, что это ” легальные ходы).

Результирующий вкладчик резонанса, в котором кислород несет формальный заряд, является основным, потому что все атомы имеют полный октет и имеется одна дополнительная связь (применяются правила резонанса №1 и №2). Эту систему можно представить как четыре параллельных орбитали 2p (по одной на C 2 , C 3 и C 4 , плюс одна на кислороде), разделяющих четыре пи-электрона. Одна неподеленная пара на кислороде находится на негибридизированной орбитали 2p и является частью сопряженной пи-системы, а другая расположена на орбитали sp 2 .

Также обратите внимание, что может быть нарисован еще один дополнительный участник, но он также незначителен, потому что у него есть углерод с неполным октетом:

Упражнения

1) Для следующих резонансных структур расположите их в порядке устойчивости. Укажите, кто будет основным источником резонансного гибрида.

2) Нарисуйте четыре дополнительных вкладчика резонанса для молекулы ниже. Обозначьте каждый из них как основной или второстепенный (в приведенной ниже структуре указаны основные участники).

3) Изобразите три составляющих резонанса метилацетата (сложный эфир со структурой CH 3 COOCH 3 ) и расположите их в порядке их относительной важности для картины связывания молекулы. Объясните свои рассуждения.

4) Ниже приведен незначительный вкладчик резонанса вида, известного как «енамин», который мы более подробно изучим в Разделе 19.8 (образование енаминов), Разделе 23.12 (реакции енаминов). Нарисуйте основной вкладчик резонанса для энамина и объясните, почему ваш вклад является основным.

5) Изобразите основной вкладчик резонанса для каждого из анионов ниже:

Решения

1) Структура I была бы наиболее стабильной, потому что все неводородные атомы имеют полный октет, а отрицательный заряд находится на более электроотрицательном азоте. Структура III будет следующей по стабильности, потому что все неводородные атомы имеют полные октеты. Структура II была бы наименее стабильной, потому что она имеет нарушенный октет карбокатиона.

2)

3)

Вкладчик слева самый стабильный: формальных сборов нет.

Участник справа наименее стабильный: есть формальные обвинения, а у углерода неполный октет.

Вклад в середине – промежуточная стабильность: есть формальные заряды, но у всех атомов есть полный октет.

4) Этот плательщик является крупным, поскольку не взимаются официальные сборы.

5)

Упражнения

Вопросы

Кв. 2.5.1

Все ли длины связи одинаковы в карбонат-ионе CO 3 2- ?

Решения

S2.5.1 Да, длины связи в карбонат-ионе одинаковы. Карбонат-ион существует как резонансный гибрид трех резонансных форм, представленных ниже.

Авторы и авторство

Дополнительные темы резонанса

Распознающий резонанс

Вклады в резонанс включают «воображаемое движение» электронов с пи-связями или электронов неподеленной пары, которые примыкают к пи-связям (т. Е. Сопряжены с ними). Вы никогда не сможете изменить расположение электронов в сигма-связях – если вы показываете, что сигма-связь образуется или разрывается, вы показываете, что происходит химическая реакция.Точно так же положения атомов в молекуле не могут меняться между двумя участниками резонанса.

Поскольку бензол будет появляться на протяжении всего этого курса, важно признать стабильность, полученную за счет резонансной делокализации шести пи-электронов по шести атомам углерода. Бензол также иллюстрирует один способ распознать резонанс – когда можно нарисовать две или более эквивалентных структур Льюиса. Если бы мы изобразили структуру ароматической молекулы, такой как 1,2-диметилбензол, мы могли бы нарисовать двойные связи двумя способами:

Какой путь правильный? На этот вопрос есть два простых ответа: «оба» и «ни один».Оба способа рисования молекулы являются одинаково приемлемыми приближениями к картине связывания молекулы, но ни один из них сам по себе не является точной картиной делокализованных пи-связей. Однако два альтернативных рисунка, если рассматривать их вместе, дают гораздо более точную картину, чем любой из них по отдельности. Это потому, что вместе они подразумевают, что углерод-углеродные связи не являются двойными связями, не одинарными связями, а примерно посередине между ними.

Когда можно нарисовать более одной допустимой структуры для соединения или иона, мы идентифицировали вкладчиков резонанса : две или более различных структур Льюиса, изображающих одну и ту же молекулу или ион, которые, если их рассматривать вместе, лучше справляются с аппроксимацией делокализованное пи-связывание, чем любая отдельная структура.По соглашению, участники резонанса связаны двухсторонней стрелкой и иногда заключаются в квадратные скобки:

Чтобы упростить визуализацию разницы между двумя участниками резонанса, часто используются маленькие изогнутые стрелки. Каждая из этих стрелок изображает «движение» двух пи-электронов. Однако при рисовании вкладчиков резонанса это «движение» электрона происходит только в нашем сознании, когда мы пытаемся визуализировать делокализованные пи-связи. Тем не менее, использование обозначения изогнутой стрелкой – важный навык, который вам нужно будет развить при рисовании участников резонанса.

Изображение бензола с использованием двух вкладчиков резонанса A и B на рисунке выше не означает , а не , что молекула в один момент выглядит как структура A, а в следующий момент смещается, чтобы выглядеть как структура B. Скорее, во все моменты , молекула представляет собой комбинацию или резонанс гибрид как A, так и B.

Осторожно ! Очень важно понимать, что при рисовании двух (или более) участников резонанса мы не рисуем две разные молекулы: это просто различных изображений одной и той же молекулы .Кроме того, двунаправленная резонансная стрелка НЕ ​​означает, что произошла химическая реакция.

Бензол часто изображается только как один из двух возможных вкладчиков резонанса (предполагается, что читатель понимает, что подразумевается резонансная гибридизация). Однако иногда бензол будет нарисован кругом внутри шестиугольника, сплошным или пунктирным, как способ рисования резонансного гибрида.

Примеры резонанса

Молекулы с конфигурацией одиночного резонанса

Пример 1:

Пример 2:

Пример 3:

Пример 4:

Приведенные выше резонансные структуры показывают, что электроны делокализованы внутри молекулы, и благодаря этому процессу молекула приобретает дополнительную стабильность.Озон с обоими противоположными формальными зарядами создает нейтральную молекулу, и благодаря резонансу это стабильная молекула. Дополнительный электрон, создавший отрицательный заряд одного концевого кислорода, может быть делокализован за счет резонанса через другой концевой кислород.

Бензол – чрезвычайно стабильная молекула из-за своей геометрии и молекулярно-орбитального взаимодействия, но, что наиболее важно, из-за его резонансной структуры. Делокализованные электроны в бензольном кольце делают молекулу очень стабильной, и с ее характеристиками нуклеофила она будет реагировать только с сильным электрофилом, и после первой реакционной способности замещенный бензол будет зависеть от его резонанса, чтобы направить следующую позицию для реакции. для добавления второго заместителя.

Пример 2.5.1: Множественный резонанс других молекул

Молекулы и ионы с более чем одной резонансной формой:

Некоторые структурные резонансные конформации являются основным фактором или доминирующими формами, в которых существует молекула. Например, если мы посмотрим на приведенные выше правила оценки стабильности молекулы, мы увидим, что для третьей молекулы первая и вторая формы вносят основной вклад в общую стабильность молекулы.Азот более электроотрицателен, чем углерод, поэтому он может выдерживать отрицательный заряд больше, чем углерод. Углерод с отрицательным зарядом является наименее благоприятной конформацией для существования молекулы, поэтому последняя резонансная форма очень мало способствует стабильности иона.

Гибридный резонанс


Различные резонансные формы молекулы помогают предсказать реакционную способность молекулы в определенных участках.

Формы гибридного резонанса показывают различные структуры Льюиса с делокализованным электроном.Это очень важно для реакционной способности хлорбензола, потому что в присутствии электрофила он будет реагировать, и образование другой связи будет направлено и определено резонансом. Неподеленная пара электронов, делокализованных в ароматическом замещенном кольце, – это то место, где она потенциально может образовывать новую связь с электрофилом, поскольку показано, что существует три возможных места, где может иметь место реакционная способность, первая реакция будет иметь место в параграфе.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *