Осцилаторна верига
Перфектен кондензатор и бобина. Как възникват трептенията, къде се движат електроните, когато магнитното поле на бобината се увеличава и изчезва.
Осцилиращата верига е затворена електрическа верига, състояща се от бобина и кондензатор. Нека обозначим индуктивността на бобината с буквата L, а електрическия капацитет на кондензатора с буквата С. Осцилаторна верига е най -простата от електрическите системи, в които могат да възникнат свободни хармонични електромагнитни трептения.
Разбира се, истинска колебателна верига винаги включва не само капацитет C и индуктивност L, но и свързващи проводници, които със сигурност имат активно съпротивление R, но нека оставим съпротивлението извън обхвата на тази статия, можете да научите за това в раздела върху качествения фактор на трептящата система. Така че, ние считаме идеална осцилаторна верига и започваме с кондензатор.
Да кажем, че има перфектен кондензатор. Нека да го заредим от батерията до напрежение U0, тоест да създадем потенциална разлика U0 между неговите плочи, така че да стане „+“ на горната плоча и „-“ на долната, както обикновено се обозначава.
Какво означава? Това означава, че с помощта на източник на външни сили ще преместим определена част от отрицателния заряд Q0 (състоящ се от електрони) от горната плоча на кондензатора към долната му плоча. В резултат на това на долната плоча на кондензатора ще се появи излишък от отрицателен заряд, а на горната плоча ще липсва точно това количество отрицателен заряд, което означава излишък от положителен заряд. В края на краищата първоначално кондензаторът не е бил зареден, което означава, че зарядът на един и същ знак на двете му плочи е бил абсолютно равен.
Така, зареден кондензатор, горната плоча е заредена положително (тъй като липсват електрони) спрямо долната, а долната плоча е заредена отрицателно по отношение на горната. По принцип за други обекти кондензаторът е електрически неутрален, но вътре в неговия диелектрик има електрическо поле, чрез което противоположните заряди на противоположните плочи си взаимодействат, а именно, те са склонни да се привличат един към друг, но диелектрикът, по своята същност не позволява това да се случи. В този момент енергията на кондензатора е максимална и е равна на ECm.
Сега нека вземем идеален индуктор. Пътеката е направена от проводник, който изобщо няма електрическо съпротивление, тоест има идеалната способност да преминава електрически заряд, без да му пречи. Нека свържем бобината паралелно с новозаредения кондензатор.
Какво ще се случи? Зарядите на плочите на кондензатора, както и преди, взаимодействат, са склонни да се привличат един към друг, — електроните от долната плоча са склонни да се връщат към горната, защото оттам те са били плъзгани със сила към долната, когато е зареден кондензатор. Системата на зарядите има тенденция да се връща в състояние на електрическо равновесие и след това е прикрепена намотка — проводник, усукан в спирала, който има индуктивност (способността да се предотврати промяна на тока чрез магнитно поле, когато този ток преминава през него)!
Електроните от долната плоча се втурват през проводника на бобината — към горната плоча на кондензатора (можем да кажем, че в същото време положителният заряд се втурва към долната плоча), но те не могат незабавно да се плъзнат там.
Защо? Тъй като намотката има индуктивност, а електроните, движещи се през нея, вече са токови и тъй като токът означава, че около нея трябва да има магнитно поле.И така, колкото повече електрони влизат в бобината, толкова по -голям ток стават и толкова по -голямо се появява магнитното поле около бобината.
Когато всички електрони от долната плоча на кондензатора попаднат в бобината — токът в нея ще бъде максимален Im, магнитното поле около него ще бъде най -голямото, което това количество движещ се заряд може да създаде, докато е в проводника си. В този момент кондензаторът е напълно разреден, енергията на електрическото поле в диелектрика между неговите плочи е равна на нула EC0, но цялата тази енергия сега се съдържа в магнитното поле на бобината ELm.
И тогава магнитното поле на бобината започва да намалява, тъй като няма нищо, което да го поддържа, тъй като други електрони не текат навътре и извън бобината, няма ток, а изчезващото около намотката магнитно поле генерира вихров електрически поле в проводника си, което изтласква електроните по -нататък — към кондензатора на горната плоча, където те бяха толкова нетърпеливи. И в момента, когато всички електрони бяха върху горната плоча на кондензатора, магнитното поле на бобината стана равно на нула EL0. И сега кондензаторът се зарежда в посока, обратна на тази, която е заредена в самото начало.
Горната плоча на кондензатора сега е отрицателно заредена, а долната е положително заредена. Намотката все още е свързана, нейният проводник все още осигурява свободен път за движение на електрони, но потенциалната разлика между пластините на кондензатора отново се осъществява, въпреки че е противоположна по знак на оригинала.
И електроните отново се втурват в бобината, токът става максимален, но тъй като сега е насочен в обратна посока, магнитното поле се създава в обратна посока и когато всички електрони се върнат в бобината (при тяхното движение надолу ), а магнитното поле вече не се натрупва, сега то започва да намалява, а електроните се изтласкват по -нататък — към долната плоча на кондензатора.
И в момента, когато магнитното поле на бобината стана равно на нула, то изчезна напълно, — горната плоча на кондензатора отново се зарежда положително спрямо долната. Състоянието на кондензатора е подобно на това, което беше в началото. Настъпи пълен цикъл от едно трептене. И така нататък и така нататък .. Периодът на тези трептения, в зависимост от индуктивността на бобината и от капацитета на кондензатора, може да се намери по формулата на Томсън:
