Oscilatora ķēde
Ideāls kondensators un spole. Kā notiek svārstības, kur pārvietojas elektroni, kad spoles magnētiskais lauks palielinās un pazūd.
Svārstību ķēde ir slēgta elektriskā ķēde, kas sastāv no spoles un kondensatora. Apzīmēsim spoles induktivitāti ar burtu L, bet kondensatora elektrisko kapacitāti ar burtu C. Svārstību ķēde ir vienkāršākā no elektriskajām sistēmām, kurā var rasties brīvas harmoniskas elektromagnētiskās svārstības.
Protams, īstā oscilējošā ķēde vienmēr ietver ne tikai kapacitāti C un induktivitāti L, bet arī savienojošos vadus, kuriem noteikti ir aktīvā pretestība R, taču atstāsim pretestību ārpus šī raksta darbības jomas, par to varat uzzināt sadaļā par vibrācijas sistēmas kvalitātes faktoru. Tātad, mēs uzskatām ideālu oscilatora ķēdi un sākam ar kondensatoru.
Pieņemsim, ka ir ideāls kondensators. Uzlādēsim to no akumulatora līdz spriegumam U0, tas ir, izveidosim potenciālu starpību U0 starp tā plāksnēm tā, lai tā kļūtu par "+" uz augšējās plāksnes un "-" uz apakšējās, kā parasti norāda.
Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka ar ārējo spēku avota palīdzību mēs pārvietosim noteiktu negatīvā lādiņa Q0 daļu (kas sastāv no elektroniem) no kondensatora augšējās plāksnes uz tās apakšējo plāksni. Tā rezultātā kondensatora apakšējā plāksnē parādīsies negatīvā lādiņa pārpalikums, un augšējā plāksnē trūks tieši tik daudz negatīvā lādiņa, kas nozīmē pozitīvā lādiņa pārpalikumu. Galu galā sākotnēji kondensators nebija uzlādēts, kas nozīmē, ka vienas un tās pašas zīmes lādiņš abās tā plāksnēs bija absolūti vienāds.
Tātad, uzlādēts kondensators, augšējā plāksne ir pozitīvi uzlādēta (jo trūkst elektronu) attiecībā pret apakšējo plāksni, bet apakšējā plāksne ir negatīvi uzlādēta attiecībā pret augšējo. Principā citiem objektiem kondensators ir elektriski neitrāls, bet tā dielektriķa iekšpusē ir elektriskais lauks, caur kuru mijiedarbojas pretējie lādiņi uz pretējām plāksnēm, proti, tie mēdz pievilkt viens otru, bet dielektriķis pēc savas būtības. , neļauj tam notikt. Šajā brīdī kondensatora enerģija ir maksimālā un ir vienāda ar ECm.
Tagad pieņemsim ideālu induktors. Ceļš ir izgatavots no stieples, kam vispār nav elektriskās pretestības, tas ir, tam ir ideāla spēja izlaist elektrisko lādiņu, to netraucējot. Savienosim spoli paralēli tikko uzlādētajam kondensatoram.
Kas notiks? Lādiņi uz kondensatora plāksnēm, tāpat kā iepriekš, mijiedarbojas, mēdz pievilkt viens otru, — elektroni no apakšējās plāksnes mēdz atgriezties augšējā, jo no turienes kondensatora uzlādēšanas laikā tie ar spēku tika vilkti uz apakšējo. .Lādiņu sistēmai ir tendence atgriezties elektriskā līdzsvara stāvoklī, un pēc tam tiek pievienota spole — vads, kas savīti spirālē, kam ir induktivitāte (spēja novērst strāvas izmaiņas magnētiskā lauka ietekmē, kad strāva iet caur to). !
Elektroni no apakšējās plāksnes plūst caur spoles vadu uz kondensatora augšējo plāksni (var teikt, ka tajā pašā laikā pozitīvais lādiņš plūst uz apakšējo plāksni), taču tie nevar uzreiz noslīdēt tur.
Kāpēc? Jo spolei ir induktivitāte, un elektroni, kas pārvietojas pa to, jau ir strāvas, un tāpēc, ka strāva nozīmē, ka ap to ir jābūt magnētiskajam laukam.Tātad, jo vairāk elektronu iekļūst spolē, jo lielāka kļūst strāva un jo lielāks ir magnētiskais lauks ap spoli parādās.
Kad visi elektroni no kondensatora apakšējās plāksnes būs iekļuvuši spolē — strāva tajā būs maksimālā Im, magnētiskais lauks ap to būs lielākais, ko šāds kustīgā lādiņa daudzums var radīt, atrodoties tā vadītājā. Šajā brīdī kondensators ir pilnībā izlādējies, elektriskā lauka enerģija dielektrikā starp tā plāksnēm ir vienāda ar nulli EC0, bet visa šī enerģija tagad ir ietverta spoles ELm magnētiskajā laukā.
Un tad spoles magnētiskais lauks sāk samazināties, jo nav ko atbalstīt, jo vairs neplūst elektroni spolē un no tās, nav strāvas, un zūdošais magnētiskais lauks ap spoli rada virpuļveida elektrisko lauku. savā vadā, kas virza elektronus tālāk uz augšējo plāksnes kondensatoru, kur viņi tik ļoti vēlējās.Un tajā brīdī, kad visi elektroni atradās uz kondensatora augšējās plāksnes, spoles magnētiskais lauks kļuva vienāds ar nulli EL0. Un tagad kondensators tiek uzlādēts pretējā virzienā nekā tas, kas tika uzlādēts pašā sākumā.
Kondensatora augšējā plāksne tagad ir negatīvi uzlādēta, bet apakšējā - pozitīvi. Spole joprojām ir savienota, tās vads joprojām nodrošina brīvu ceļu elektronu plūsmai, bet potenciālu starpība starp kondensatora plāksnēm atkal tiek realizēta, lai gan pēc zīmes ir pretēja oriģinālam.
Un elektroni atkal ieplūst spolē, strāva kļūst maksimāla, bet, tā kā tā tagad ir vērsta pretējā virzienā, magnētiskais lauks tiek izveidots pretējā virzienā, un, kad visi elektroni atgriežas spolē (virzoties uz leju) , magnētiskais lauks vairs neuzkrājas, tagad tas sāk samazināties, un elektroni tiek virzīti tālāk - uz kondensatora apakšējo plāksni.
Un tajā brīdī, kad spoles magnētiskais lauks kļuva vienāds ar nulli, tas pilnībā pazuda, - kondensatora augšējā plāksne atkal ir pozitīvi uzlādēta attiecībā pret apakšējo. Kondensatora stāvoklis ir līdzīgs tam, kāds tas bija sākumā. Notika pilns vienas svārstības cikls. Un tā tālāk un tā tālāk .. Šo svārstību periodu atkarībā no spoles induktivitātes un kondensatora kapacitātes var atrast pēc Tomsona formulas:
