Oscillatorkrets

Perfekt kondensator och spole. Hur svängningarna uppstår, där elektronerna rör sig när spolens magnetfält ökar och försvinner.

En oscillerande krets är en sluten elektrisk krets som består av en spole och en kondensator. Låt oss beteckna spolens induktans med bokstaven L och kondensatorns elektriska kapacitet med bokstaven C. En oscillerande krets är det enklaste av elektriska system där fria harmoniska elektromagnetiska svängningar kan uppstå.

Naturligtvis inkluderar en riktig oscillerande krets alltid inte bara en kapacitans C och en induktans L, utan också anslutningstrådar, som förvisso har ett aktivt motstånd R, men låt oss lämna motståndet utanför ramen för denna artikel, du kan lära dig om det i avsnittet om kvalitetsfaktorn för det vibrerande systemet. Så vi betraktar en idealisk oscillatorkrets och börjar med en kondensator.

Låt oss säga att det finns en perfekt kondensator. Låt oss ladda det från batteriet till en spänning U0, det vill säga skapa en potentialskillnad U0 mellan dess plattor så att den blir "+" på den övre plattan och "-" på den nedre, som vanligtvis anges.

Vad betyder det? Det betyder att vi med hjälp av en källa till yttre krafter kommer att flytta en viss del av den negativa laddningen Q0 (bestående av elektroner) från kondensatorns övre platta till dess nedre platta. Som ett resultat kommer ett överskott av negativ laddning att visas på kondensatorns bottenplatta, och toppplattan kommer att sakna exakt den mängden negativ laddning, vilket innebär ett överskott av positiv laddning. När allt kommer omkring var kondensatorn från början inte laddad, vilket betyder att laddningen av samma tecken på båda dess plattor var absolut lika.

Så, laddad kondensator, är den övre plattan positivt laddad (eftersom elektroner saknas) i förhållande till den nedre plattan, och den nedre plattan är negativt laddad i förhållande till den övre. I princip, för andra objekt, är kondensatorn elektriskt neutral, men inuti dess dielektrikum finns ett elektriskt fält genom vilket de motsatta laddningarna på de motsatta plattorna samverkar, nämligen de tenderar att attrahera varandra, men dielektrikumet, till sin natur , tillåter inte att detta händer. I detta ögonblick är kondensatorns energi maximal och är lika med ECm.

Låt oss nu ta en idealisk induktor. Banan är gjord av en tråd som inte har något elektriskt motstånd alls, det vill säga den har den perfekta förmågan att passera en elektrisk laddning utan att störa den. Låt oss koppla spolen parallellt med den nyladdade kondensatorn.

Vad kommer att hända? Laddningarna på kondensatorns plattor, som tidigare, samverkar, tenderar att attrahera varandra, — elektronerna från den nedre plattan tenderar att återvända till den övre, eftersom de därifrån drogs med kraft till den nedre när kondensatorn laddades .Laddningssystemet tenderar att återgå till ett tillstånd av elektrisk jämvikt, och sedan fästs en spole - en tråd tvinnad till en spiral som har induktans (förmågan att förhindra ström från att ändras av ett magnetfält när den strömmen passerar genom den) !

Elektroner från den nedre plattan rusar genom spolens tråd till kondensatorns övre platta (vi kan säga att den positiva laddningen samtidigt rusar till den nedre plattan), men de kan inte omedelbart glida dit.

Varför? Eftersom spolen har induktans, och elektronerna som rör sig genom den redan är strömmar, och eftersom ström betyder att det måste finnas ett magnetfält runt den. Så ju fler elektroner som kommer in i spolen, desto större blir strömmen och desto större magnetfält. runt spolen visas.

När alla elektroner från kondensatorns bottenplatta har kommit in i spolen - strömmen i den kommer att vara maximalt Im, magnetfältet runt den kommer att vara det största som denna mängd rörlig laddning kan skapa medan den är i sin ledare. Vid denna tidpunkt är kondensatorn helt urladdad, energin hos det elektriska fältet i dielektrikumet mellan dess plattor är lika med noll EC0, men all denna energi finns nu i spolens ELm magnetfält.

Och sedan börjar magnetfältet i spolen att minska eftersom det inte finns något som stöder det, eftersom inga fler elektroner flödar in och ut ur spolen, det finns ingen ström och det försvinnande magnetfältet runt spolen genererar ett elektriskt virvelfält i sin tråd som trycker elektronerna vidare till toppplattans kondensator där de var så ivriga.Och i det ögonblick då alla elektroner var på kondensatorns övre platta, blev spolens magnetfält lika med noll EL0. Och nu är kondensatorn laddad i motsatt riktning mot den som laddades i början.

Den övre plattan på kondensatorn är nu negativt laddad och den nedre plattan är positivt laddad. Spolen är fortfarande ansluten, dess tråd ger fortfarande en fri väg för elektroner att flöda, men potentialskillnaden mellan kondensatorns plattor är återigen realiserad, även om den är motsatt i tecken till originalet.

Och elektronerna rusar igen in i spolen, strömmen blir maximal, men eftersom den nu är riktad i motsatt riktning skapas magnetfältet i motsatt riktning, och när alla elektroner återvänder till spolen (när de rör sig ner) , magnetfältet ackumuleras inte längre, nu börjar det minska, och elektronerna skjuts ytterligare - till kondensatorns nedre platta.

Och i det ögonblick då spolens magnetfält blev lika med noll, försvann det helt, — kondensatorns övre platta är återigen positivt laddad i förhållande till den nedre. Kondensatorns tillstånd liknar vad det var i början. En hel cykel av en svängning inträffade. Och så vidare och så vidare .. Perioden för dessa svängningar, beroende på spolens induktans och på kondensatorns kapacitans, kan hittas av Thomsons formel: