Oscilatorsko vezje

Popoln kondenzator in tuljava. Kako nastanejo nihanja, kam se gibljejo elektroni, ko se magnetno polje tuljave poveča in izgine.

Nihajni krog je sklenjen električni tokokrog, sestavljen iz tuljave in kondenzatorja. Induktivnost tuljave označimo s črko L, električno kapaciteto kondenzatorja pa s črko C. Nihajni krog je najenostavnejši električni sistem, v katerem lahko prihaja do prostih harmoničnih elektromagnetnih nihanj.

Seveda pravi nihajni tokokrog vedno vključuje ne samo kapacitivnost C in induktivnost L, ampak tudi povezovalne žice, ki imajo zagotovo aktivni upor R, vendar pustimo upor izven obsega tega članka, o njem se lahko poučite v poglavju o faktorju kakovosti vibracijskega sistema. Torej upoštevamo idealno oscilatorsko vezje in začnemo s kondenzatorjem.

Recimo, da obstaja popoln kondenzator. Napolnimo ga iz akumulatorja do napetosti U0, to pomeni, da med njegovima ploščama ustvarimo potencialno razliko U0, tako da na zgornji plošči postane "+", na spodnji pa "-", kot je običajno označeno.

Kaj to pomeni? To pomeni, da bomo s pomočjo vira zunanjih sil premaknili določen del negativnega naboja Q0 (sestavljenega iz elektronov) z zgornje plošče kondenzatorja na njegovo spodnjo ploščo. Posledično se bo na spodnji plošči kondenzatorja pojavil presežek negativnega naboja, na zgornji plošči pa bo manjkalo točno toliko negativnega naboja, kar pomeni presežek pozitivnega naboja. Navsezadnje kondenzator sprva ni bil napolnjen, kar pomeni, da je bil naboj istega znaka na obeh njegovih ploščah popolnoma enak.

Torej, nabit kondenzator, je zgornja plošča pozitivno nabita (ker manjkajo elektroni) glede na spodnjo ploščo, spodnja plošča pa je negativno nabita glede na zgornjo. Načeloma velja, da je za druge objekte kondenzator električno nevtralen, toda znotraj njegovega dielektrika obstaja električno polje, skozi katerega nasprotni naboji na nasprotnih ploščah medsebojno delujejo, in sicer težijo k temu, da se privlačijo, a dielektrik po svoji naravi , ne dovoljuje, da bi se to zgodilo. V tem trenutku je energija kondenzatorja največja in je enaka ECm.

Zdaj pa vzemimo idealen induktor. Pot je narejena iz žice, ki sploh nima električnega upora, kar pomeni, da ima popolno sposobnost prepuščanja električnega naboja, ne da bi ga motila. Povežimo tuljavo vzporedno z novo napolnjenim kondenzatorjem.

Kaj se bo zgodilo? Naboji na ploščah kondenzatorja, tako kot prej, medsebojno delujejo, težijo k temu, da se med seboj privlačijo, — elektroni iz spodnje plošče se trudijo vrniti na zgornjo, ker so bili od tam s silo vlečeni na spodnjo, ko je bil kondenzator napolnjen. .Sistem nabojev se nagiba k vrnitvi v stanje električnega ravnovesja, nato pa je pritrjena tuljava - žica, zvita v spiralo, ki ima induktivnost (zmožnost preprečiti, da bi magnetno polje spremenilo tok, ko tok teče skozenj) !

Elektroni s spodnje plošče drvijo skozi žico tuljave na zgornjo ploščo kondenzatorja (lahko rečemo, da hkrati pozitivni naboj drvi na spodnjo ploščo), vendar tja ne morejo takoj zdrsniti.

Zakaj? Ker ima tuljava induktivnost in so elektroni, ki se gibljejo skozi njo, že tokovi in ​​ker tok pomeni, da mora biti okrog nje magnetno polje. Torej več elektronov vstopi v tuljavo, večji je tok in večje je magnetno polje okrog tuljave se pojavi.

Ko bodo vsi elektroni iz spodnje plošče kondenzatorja vstopili v tuljavo - tok v njej bo dosegel največjo vrednost I, bo magnetno polje okoli nje največje, kar lahko ta količina gibajočega se naboja ustvari v njenem prevodniku. Na tej točki je kondenzator popolnoma izpraznjen, energija električnega polja v dielektriku med njegovimi ploščami je enaka nič EC0, vendar je vsa ta energija zdaj vsebovana v magnetnem polju tuljave ELm.

In potem se začne magnetno polje tuljave zmanjševati, ker ni ničesar, kar bi ga podpiralo, ker v tuljavo in iz nje ne tečejo več elektroni, ni toka in izginjajoče magnetno polje okoli tuljave ustvarja vrtinčno električno polje v svoji žici, ki potiska elektrone naprej do zgornje plošče kondenzatorja, kjer so bili tako željni.In v trenutku, ko so bili vsi elektroni na zgornji plošči kondenzatorja, je magnetno polje tuljave postalo enako nič EL0. In zdaj je kondenzator napolnjen v nasprotni smeri od tistega, ki je bil napolnjen na samem začetku.

Zgornja plošča kondenzatorja je zdaj negativno nabita, spodnja plošča pa pozitivno. Tuljava je še vedno povezana, njena žica še vedno zagotavlja prosto pot za pretok elektronov, vendar je potencialna razlika med ploščama kondenzatorja ponovno realizirana, čeprav nasprotnega predznaka od prvotne.

In elektroni spet hitijo v tuljavo, tok postane največji, a ker je zdaj usmerjen v nasprotno smer, se magnetno polje ustvari v nasprotni smeri in ko se vsi elektroni vrnejo v tuljavo (ko se premikajo navzdol) , se magnetno polje ne kopiči več, zdaj se začne zmanjševati, elektroni pa se potisnejo naprej - na spodnjo ploščo kondenzatorja.

In v trenutku, ko je magnetno polje tuljave postalo enako nič, je popolnoma izginilo - zgornja plošča kondenzatorja je ponovno pozitivno nabita glede na spodnjo. Stanje kondenzatorja je podobno kot na začetku. Zgodil se je polni cikel enega nihanja. In tako naprej in tako naprej .. Obdobje teh nihanj, odvisno od induktivnosti tuljave in kapacitivnosti kondenzatorja, je mogoče najti s Thomsonovo formulo: