Oscillatorkredsløb

Perfekt kondensator og spole. Hvordan opstår svingningerne, hvor elektronerne bevæger sig, når spolens magnetfelt øges og forsvinder.

Et oscillerende kredsløb er et lukket elektrisk kredsløb, der består af en spole og en kondensator. Lad os betegne spolens induktans med bogstavet L, og kondensatorens elektriske kapacitet med bogstavet C. Et oscillerende kredsløb er det enkleste af elektriske systemer, hvor frie harmoniske elektromagnetiske svingninger kan forekomme.

Selvfølgelig inkluderer et rigtigt oscillerende kredsløb ikke kun en kapacitans C og en induktans L, men også forbindelsesledninger, som bestemt har en aktiv modstand R, men lad os lade modstanden være uden for denne artikels omfang, du kan lære om det i afsnittet om kvalitetsfaktoren for det vibrerende system. Så vi betragter et ideelt oscillatorkredsløb og starter med en kondensator.

Lad os sige, at der er en perfekt kondensator. Lad os oplade det fra batteriet til en spænding U0, det vil sige skabe en potentialforskel U0 mellem dets plader, så det bliver "+" på den øverste plade og "-" på den nederste, som det normalt er angivet.

Hvad betyder det? Det betyder, at vi ved hjælp af en kilde til eksterne kræfter vil flytte en vis del af den negative ladning Q0 (bestående af elektroner) fra kondensatorens øverste plade til dens nederste plade. Som et resultat vil et overskud af negativ ladning vises på kondensatorens bundplade, og toppladen vil mangle præcis den mængde negativ ladning, hvilket betyder et overskud af positiv ladning. Når alt kommer til alt, var kondensatoren i første omgang ikke opladet, hvilket betyder, at ladningen af ​​det samme tegn på begge dens plader var absolut ens.

Så, opladet kondensator, er den øvre plade positivt ladet (fordi elektroner mangler) i forhold til den nederste plade, og den nederste plade er negativt ladet i forhold til den øverste. I princippet er kondensatoren for andre objekter elektrisk neutral, men inde i dens dielektrikum er der et elektrisk felt, gennem hvilket de modsatte ladninger på de modsatte plader interagerer, nemlig de har en tendens til at tiltrække hinanden, men dielektrikumet er i sagens natur. , tillader ikke, at dette sker. I dette øjeblik er kondensatorens energi maksimal og er lig med ECm.

Lad os nu tage en ideel induktor. Stien er lavet af en ledning, der slet ikke har nogen elektrisk modstand, det vil sige, at den har den perfekte evne til at passere en elektrisk ladning uden at forstyrre den. Lad os forbinde spolen parallelt med den nyopladede kondensator.

Hvad vil der ske? Ladningerne på kondensatorens plader interagerer som før, har en tendens til at tiltrække hinanden, - elektronerne fra den nederste plade har en tendens til at vende tilbage til den øvre, fordi de derfra blev trukket med kraft til den nedre, når kondensatoren blev ladet .Ladningssystemet har en tendens til at vende tilbage til en tilstand af elektrisk ligevægt, og så er en spole fastgjort - en ledning snoet ind i en spiral, der har induktans (evnen til at forhindre strømmen i at blive ændret af et magnetfelt, når den strøm passerer gennem den) !

Elektroner fra den nederste plade skynder sig gennem spolens ledning til kondensatorens øverste plade (vi kan sige, at den positive ladning samtidig skynder sig til den nederste plade), men de kan ikke umiddelbart glide der.

Hvorfor? Fordi spolen har induktans, og elektronerne, der bevæger sig igennem den, allerede er strømme, og fordi strøm betyder, at der skal være et magnetfelt omkring den. Så jo flere elektroner der kommer ind i spolen, jo større bliver strømmen, og jo større magnetfelt. rundt om spolen vises.

Når alle elektronerne fra kondensatorens bundplade er kommet ind i spolen - strømmen i den vil være på sit maksimale Im, magnetfeltet omkring den vil være det største, som denne mængde bevægende ladning kan skabe, mens den er i dens leder. På dette tidspunkt er kondensatoren fuldstændig afladet, energien af ​​det elektriske felt i dielektrikumet mellem dets plader er lig med nul EC0, men al denne energi er nu indeholdt i magnetfeltet i spolen ELm.

Og så begynder spolens magnetfelt at falde, fordi der ikke er noget, der understøtter det, fordi der ikke strømmer flere elektroner ind og ud af spolen, der er ingen strøm, og det forsvindende magnetfelt omkring spolen genererer et elektrisk hvirvelfelt i sin ledning, der skubber elektronerne videre til toppladens kondensator, hvor de var så ivrige.Og i det øjeblik, hvor alle elektronerne var på kondensatorens øverste plade, blev spolens magnetiske felt lig med nul EL0. Og nu er kondensatoren opladet i den modsatte retning af den, der blev opladet i begyndelsen.

Den øverste plade af kondensatoren er nu negativt ladet, og den nederste plade er positivt ladet. Spolen er stadig forbundet, dens ledning giver stadig en fri vej for elektroner til at strømme, men potentialforskellen mellem kondensatorens plader er igen realiseret, selvom den er modsat i fortegn til originalen.

Og elektronerne skynder sig igen ind i spolen, strømmen bliver maksimal, men da den nu er rettet i den modsatte retning, skabes magnetfeltet i den modsatte retning, og når alle elektronerne vender tilbage til spolen (efterhånden som de bevæger sig nedad) , magnetfeltet akkumuleres ikke længere, nu begynder det at falde, og elektronerne skubbes længere - til den nederste plade af kondensatoren.

Og i det øjeblik, hvor spolens magnetiske felt blev lig med nul, forsvandt det fuldstændigt, - kondensatorens øvre plade er igen positivt ladet i forhold til den nederste. Kondensatorens tilstand svarer til, hvad den var i begyndelsen. En fuld cyklus på en svingning fandt sted. Og så videre og så videre .. Perioden for disse svingninger, afhængig af spolens induktans og af kondensatorens kapacitans, kan findes ved Thomsons formel: