Oscilátorový obvod
Perfektný kondenzátor a cievka. Ako vznikajú oscilácie, kde sa elektróny pohybujú, keď sa magnetické pole cievky zväčšuje a mizne.
Oscilačný obvod je uzavretý elektrický obvod pozostávajúci z cievky a kondenzátora. Indukčnosť cievky označme písmenom L a elektrickú kapacitu kondenzátora písmenom C. Oscilačný obvod je najjednoduchší z elektrických systémov, v ktorom môže dochádzať k voľným harmonickým elektromagnetickým osciláciám.
Samozrejme, že skutočný oscilačný obvod vždy obsahuje nielen kapacitu C a indukčnosť L, ale aj prepojovacie vodiče, ktoré určite majú aktívny odpor R, ale odpor vynechajme z rozsahu tohto článku, môžete sa o ňom dozvedieť v časti o faktore kvality vibračného systému. Zvažujeme teda ideálny obvod oscilátora a začneme s kondenzátorom.
Povedzme, že existuje dokonalý kondenzátor. Nabite ju z batérie na napätie U0, to znamená, že vytvoríme potenciálny rozdiel U0 medzi jej doskami tak, aby sa zmenil na „+“ na hornej doske a na „-“ na spodnej, ako sa zvyčajne uvádza.
Čo to znamená? To znamená, že pomocou zdroja vonkajších síl presunieme určitú časť záporného náboja Q0 (pozostávajúci z elektrónov) z hornej dosky kondenzátora na jeho spodnú dosku. V dôsledku toho sa na spodnej doske kondenzátora objaví prebytok záporného náboja a na hornej doske bude chýbať presne také množstvo záporného náboja, čo znamená prebytok kladného náboja. Koniec koncov, pôvodne kondenzátor nebol nabitý, čo znamená, že náboj rovnakého znaku na oboch jeho doskách bol úplne rovnaký.
takže, nabitý kondenzátor, horná doska je kladne nabitá (pretože chýbajú elektróny) v porovnaní so spodnou doskou a spodná doska je záporne nabitá v porovnaní s hornou. V zásade platí, že pre iné predmety je kondenzátor elektricky neutrálny, ale vo vnútri jeho dielektrika je elektrické pole, prostredníctvom ktorého vzájomne pôsobia opačné náboje na protiľahlých doskách, konkrétne majú tendenciu sa navzájom priťahovať, ale dielektrikum je svojou povahou , nedovoľuje, aby sa to stalo. V tomto momente je energia kondenzátora maximálna a rovná sa ECm.
Teraz zoberme ideálny induktor. Dráha je vyrobená z drôtu, ktorý nemá vôbec žiadny elektrický odpor, to znamená, že má dokonalú schopnosť preniesť elektrický náboj bez toho, aby do neho zasahoval. Zapojme cievku paralelne s novo nabitým kondenzátorom.
Čo sa bude diať? Náboje na doskách kondenzátora, ako predtým, interagujú, majú tendenciu sa navzájom priťahovať, - elektróny zo spodnej dosky majú tendenciu vracať sa na hornú, pretože odtiaľ boli pri nabíjaní kondenzátora silou ťahané do spodnej časti. .Systém nábojov má tendenciu vrátiť sa do stavu elektrickej rovnováhy a potom je pripojená cievka - drôt stočený do špirály, ktorý má indukčnosť (schopnosť zabrániť zmene prúdu magnetickým poľom, keď ním tento prúd prechádza). !
Elektróny zo spodnej dosky sa rútia cez drôt cievky na hornú dosku kondenzátora (môžeme povedať, že súčasne sa kladný náboj rúti na spodnú dosku), ale nemôžu tam okamžite skĺznuť.
prečo? Pretože cievka má indukčnosť a elektróny, ktoré sa ňou pohybujú, sú už prúdy a pretože prúd znamená, že okolo nej musí byť magnetické pole. Takže čím viac elektrónov vstúpi do cievky, tým väčší bude prúd a tým väčšie bude magnetické pole. okolo cievky sa objaví.
Keď všetky elektróny zo spodnej dosky kondenzátora vstúpia do cievky – prúd v nej bude maximálne Im, magnetické pole okolo nej bude najväčšie, aké môže toto množstvo pohybujúceho sa náboja vytvoriť, keď je vo vodiči. V tomto bode je kondenzátor úplne vybitý, energia elektrického poľa v dielektriku medzi jeho doskami sa rovná nule EC0, ale všetka táto energia je teraz obsiahnutá v magnetickom poli cievky ELm.
A potom sa magnetické pole cievky začne zmenšovať, pretože tu nie je nič, čo by ho podporovalo, pretože do cievky a von z nej už neprúdia žiadne elektróny, neprechádza žiadny prúd a miznúce magnetické pole okolo cievky vytvára vírivé elektrické pole. vo svojom drôte, ktorý tlačí elektróny ďalej ku kondenzátoru na vrchnej doske, kde boli tak nedočkaví.A v momente, keď boli všetky elektróny na hornej doske kondenzátora, magnetické pole cievky sa rovnalo nule EL0. A teraz je kondenzátor nabitý v opačnom smere, ako bol nabitý na samom začiatku.
Horná doska kondenzátora je teraz záporne nabitá a spodná doska je nabitá kladne. Cievka je stále pripojená, jej vodič stále poskytuje voľnú cestu pre tok elektrónov, ale potenciálny rozdiel medzi doskami kondenzátora je opäť realizovaný, hoci v opačnom znamienku ako originál.
A elektróny sa opäť ponáhľajú do cievky, prúd sa stane maximálnym, ale keďže je teraz nasmerovaný opačným smerom, magnetické pole sa vytvorí v opačnom smere a keď sa všetky elektróny vrátia do cievky (keď sa pohybujú nadol) , magnetické pole sa už nehromadí, teraz sa začína zmenšovať a elektróny sú tlačené ďalej - na spodnú dosku kondenzátora.
A v momente, keď sa magnetické pole cievky rovnalo nule, úplne zmizlo, — horná doska kondenzátora je opäť kladne nabitá v porovnaní so spodnou. Stav kondenzátora je podobný ako na začiatku. Nastal úplný cyklus jednej oscilácie. A tak ďalej a tak ďalej .. Periódu týchto kmitov, v závislosti od indukčnosti cievky a kapacity kondenzátora, možno nájsť podľa Thomsonovho vzorca:
