Oscillatorkrets

Perfekt kondensator og spole. Hvordan svingningene oppstår, hvor elektronene beveger seg når magnetfeltet til spolen øker og forsvinner.

En oscillerende krets er en lukket elektrisk krets som består av en spole og en kondensator. La oss betegne spolens induktans med bokstaven L, og den elektriske kapasiteten til kondensatoren med bokstaven C. En oscillerende krets er det enkleste av elektriske systemer der frie harmoniske elektromagnetiske svingninger kan oppstå.

Selvfølgelig inkluderer en ekte oscillerende krets alltid ikke bare en kapasitans C og en induktans L, men også tilkoblingsledninger, som absolutt har en aktiv motstand R, men la oss la motstanden være utenfor rammen av denne artikkelen, du kan lære om det i avsnittet om kvalitetsfaktoren til vibrasjonssystemet. Så vi vurderer en ideell oscillatorkrets og starter med en kondensator.

La oss si at det er en perfekt kondensator. La oss lade det fra batteriet til en spenning U0, det vil si skape en potensiell forskjell U0 mellom platene slik at det blir "+" på den øvre platen og "-" på den nedre, som vanligvis er indikert.

Hva betyr det? Dette betyr at vi ved hjelp av en kilde til ytre krefter vil flytte en viss del av den negative ladningen Q0 (bestående av elektroner) fra den øvre platen på kondensatoren til dens nedre plate. Som et resultat vil et overskudd av negativ ladning vises på bunnplaten av kondensatoren, og toppplaten vil mangle nøyaktig den mengden negativ ladning, noe som betyr et overskudd av positiv ladning. Tross alt var kondensatoren i utgangspunktet ikke ladet, noe som betyr at ladningen til det samme tegnet på begge platene var helt lik.

Så, ladet kondensator, er den øvre platen positivt ladet (fordi elektroner mangler) i forhold til den nedre platen, og den nedre platen er negativt ladet i forhold til den øvre. I prinsippet, for andre objekter, er kondensatoren elektrisk nøytral, men inne i dens dielektrikum er det et elektrisk felt som de motsatte ladningene på de motsatte platene samhandler gjennom, nemlig de har en tendens til å tiltrekke hverandre, men dielektrikumet, av sin natur , tillater ikke at dette skjer. I dette øyeblikket er energien til kondensatoren maksimal og er lik ECm.

La oss nå ta en ideell induktor. Banen er laget av en ledning som ikke har noen elektrisk motstand i det hele tatt, det vil si at den har den perfekte evnen til å passere en elektrisk ladning uten å forstyrre den. La oss koble spolen parallelt med den nylig ladede kondensatoren.

Hva vil skje? Ladningene på kondensatorplatene, som før, samhandler, har en tendens til å tiltrekke hverandre, - elektronene fra den nedre platen har en tendens til å gå tilbake til den øvre, fordi derfra ble de dratt med kraft til den nedre når kondensatoren ble ladet .Ladningssystemet har en tendens til å gå tilbake til en elektrisk likevektstilstand, og deretter festes en spole - en ledning vridd inn i en spiral som har induktans (evnen til å forhindre at strømmen endres av et magnetfelt når den strømmen passerer gjennom den) !

Elektroner fra den nedre platen suser gjennom ledningen til spolen til den øvre platen på kondensatoren (vi kan si at den positive ladningen suser til den nedre platen samtidig), men de kan ikke umiddelbart gli der.

Hvorfor? Fordi spolen har induktans, og elektronene som beveger seg gjennom den allerede er strømmer, og fordi strøm betyr at det må være et magnetfelt rundt den. Så jo flere elektroner som kommer inn i spolen, jo større blir strømmen, og jo større er magnetfeltet. rundt spolen vises.

Når alle elektronene fra bunnplaten til kondensatoren har kommet inn i spolen - strømmen i den vil være på sitt maksimale Im, magnetfeltet rundt den vil være det største som denne mengden av bevegelig ladning kan skape mens den er i lederen. På dette tidspunktet er kondensatoren fullstendig utladet, energien til det elektriske feltet i dielektrikumet mellom platene er lik null EC0, men all denne energien er nå inneholdt i magnetfeltet til spolen ELm.

Og så begynner magnetfeltet til spolen å avta fordi det ikke er noe som støtter det, fordi det ikke strømmer flere elektroner inn og ut av spolen, det er ingen strøm, og det forsvinnende magnetfeltet rundt spolen genererer et elektrisk virvelfelt i sin ledning som skyver elektronene videre til topplatekondensatoren hvor de var så ivrige.Og i øyeblikket da alle elektronene var på den øvre platen av kondensatoren, ble magnetfeltet til spolen lik null EL0. Og nå er kondensatoren ladet i motsatt retning av den som ble ladet helt i begynnelsen.

Den øvre platen på kondensatoren er nå negativt ladet og den nedre platen er positivt ladet. Spolen er fortsatt tilkoblet, dens ledning gir fortsatt en fri bane for elektroner å strømme, men potensialforskjellen mellom kondensatorplatene er igjen realisert, selv om den er motsatt i fortegn til originalen.

Og elektronene suser igjen inn i spolen, strømmen blir maksimal, men siden den nå rettes i motsatt retning, skapes magnetfeltet i motsatt retning, og når alle elektronene kommer tilbake til spolen (når de beveger seg nedover) , magnetfeltet akkumuleres ikke lenger, nå begynner det å avta, og elektronene skyves videre - til den nedre platen av kondensatoren.

Og i øyeblikket da magnetfeltet til spolen ble lik null, forsvant det helt, — kondensatorens øvre plate er igjen positivt ladet i forhold til den nedre. Tilstanden til kondensatoren er lik den den var i begynnelsen. En hel syklus på én svingning skjedde. Og så videre og så videre .. Perioden for disse svingningene, avhengig av induktansen til spolen og på kapasitansen til kondensatoren, kan finnes av Thomsons formel: