Circuit oscilator
Condensator și bobină perfecte. Cum apar oscilațiile, unde se mișcă electronii când câmpul magnetic al bobinei crește și dispare.
Un circuit oscilant este un circuit electric închis format dintr-o bobină și un condensator. Să notăm inductanța bobinei cu litera L, iar capacitatea electrică a condensatorului cu litera C. Un circuit oscilator este cel mai simplu dintre sistemele electrice în care pot apărea oscilații electromagnetice armonice libere.
Desigur, un circuit oscilant real include întotdeauna nu numai o capacitate C și o inductanță L, ci și fire de conectare, care cu siguranță au o rezistență activă R, dar să lăsăm rezistența în afara domeniului acestui articol, puteți afla despre ea în secţiunea despre factorul de calitate al sistemului de vibrare. Deci, considerăm un circuit oscilator ideal și începem cu un condensator.
Să presupunem că există un condensator perfect. Să-l încărcăm de la baterie la o tensiune U0, adică să creăm o diferență de potențial U0 între plăcile sale, astfel încât să devină „+” pe placa superioară și „-” pe cea inferioară, așa cum se indică de obicei.
Ce înseamnă? Aceasta înseamnă că, cu ajutorul unei surse de forțe externe, vom muta o anumită parte a sarcinii negative Q0 (formată din electroni) de pe placa superioară a condensatorului în placa sa inferioară. Ca urmare, un exces de sarcină negativă va apărea pe placa de jos a condensatorului, iar placa de sus va lipsi exact acea cantitate de sarcină negativă, adică un exces de sarcină pozitivă. La urma urmei, inițial condensatorul nu a fost încărcat, ceea ce înseamnă că încărcarea aceluiași semn pe ambele plăci a fost absolut egală.
Asa de, condensator încărcat, placa superioară este încărcată pozitiv (pentru că electronii lipsesc) față de placa inferioară, iar placa inferioară este încărcată negativ față de cea superioară. În principiu, pentru alte obiecte, condensatorul este neutru din punct de vedere electric, dar în interiorul dielectricului său există un câmp electric prin care interacționează sarcinile opuse de pe plăcile opuse, și anume, acestea tind să se atragă între ele, dar dielectricul, prin însăși natura sa , nu permite ca acest lucru să se întâmple. În acest moment, energia condensatorului este maximă și este egală cu ECm.
Acum să luăm un inductor ideal. Calea este făcută dintr-un fir care nu are deloc rezistență electrică, adică are capacitatea perfectă de a trece o sarcină electrică fără a interfera cu ea. Să conectăm bobina în paralel cu condensatorul nou încărcat.
Ce se va intampla? Sarcinile de pe plăcile condensatorului, ca și înainte, interacționează, tind să se atragă între ele, — electronii de pe placa inferioară tind să se întoarcă în partea superioară, deoarece de acolo au fost târâți cu forța în jos când condensatorul a fost încărcat. .Sistemul de sarcini tinde să revină la o stare de echilibru electric și apoi este atașată o bobină - un fir răsucit într-o spirală care are inductanță (abilitatea de a preveni schimbarea curentului de un câmp magnetic atunci când acel curent trece prin el) !
Electronii de pe placa inferioară trec prin firul bobinei către placa superioară a condensatorului (putem spune că, în același timp, sarcina pozitivă se grăbește spre placa inferioară), dar nu pot aluneca imediat acolo.
De ce? Deoarece bobina are inductanță, iar electronii care se deplasează prin ea sunt deja curenți și pentru că curentul înseamnă că trebuie să existe un câmp magnetic în jurul ei. Deci, cu cât intră mai mulți electroni în bobină, cu atât curentul devine mai mare și cu atât câmpul magnetic este mai mare. în jurul bobinei apare.
Când toți electronii de pe placa de jos a condensatorului au intrat în bobină - curentul din ea va fi la maximum Im, câmpul magnetic din jurul său va fi cel mai mare pe care această cantitate de sarcină în mișcare o poate crea în conductorul său. În acest moment, condensatorul este complet descărcat, energia câmpului electric din dielectricul dintre plăcile sale este egală cu zero EC0, dar toată această energie este acum conținută în câmpul magnetic al bobinei ELm.
Și atunci câmpul magnetic al bobinei începe să scadă pentru că nu există nimic care să-l susțină, deoarece nu mai curg electroni în și din bobină, nu există curent și câmpul magnetic care dispare în jurul bobinei generează un câmp electric turbionar. în firul său care împinge electronii mai departe spre condensatorul plăcii de sus, unde erau atât de dornici.Și în momentul în care toți electronii se aflau pe placa superioară a condensatorului, câmpul magnetic al bobinei a devenit egal cu zero EL0. Și acum condensatorul este încărcat în direcția opusă celei care a fost încărcată la început.
Placa superioară a condensatorului este acum încărcată negativ, iar placa inferioară este încărcată pozitiv. Bobina este încă conectată, firul său oferind încă o cale liberă pentru ca electronii să circule, dar diferența de potențial dintre plăcile condensatorului este din nou realizată, deși în semn opus față de original.
Și electronii se repetă în bobină, curentul devine maxim, dar deoarece acum este direcționat în direcția opusă, câmpul magnetic este creat în direcția opusă și când toți electronii revin în bobină (pe măsură ce se mișcă în jos) , câmpul magnetic nu se mai acumulează, acum începe să scadă, iar electronii sunt împinși mai departe - spre placa inferioară a condensatorului.
Și în momentul în care câmpul magnetic al bobinei a devenit egal cu zero, acesta a dispărut complet, - placa superioară a condensatorului este din nou încărcată pozitiv față de cea inferioară. Starea condensatorului este similară cu cea a fost la început. A avut loc un ciclu complet de o oscilație. Și așa mai departe și așa mai departe .. Perioada acestor oscilații, în funcție de inductanța bobinei și de capacitatea condensatorului, poate fi găsită prin formula lui Thomson:
