Oskillaattoripiiri

Täydellinen kondensaattori ja kela. Kuinka värähtely tapahtuu, missä elektronit liikkuvat, kun kelan magneettikenttä kasvaa ja katoaa.

Värähtelypiiri on suljettu sähköpiiri, joka koostuu kelasta ja kondensaattorista. Merkitään käämin induktanssi kirjaimella L ja kondensaattorin sähköinen kapasiteetti kirjaimella C. Värähtelypiiri on yksinkertaisin sähköjärjestelmistä, jossa voi esiintyä vapaita harmonisia sähkömagneettisia värähtelyjä.

Tietenkin todellinen värähtelypiiri sisältää aina kapasitanssin C ja induktanssin L lisäksi myös liitäntäjohdot, joilla on varmasti aktiivinen vastus R, mutta jätetään resistanssi tämän artikkelin ulkopuolelle, voit oppia siitä värähtelyjärjestelmän laatutekijää käsittelevässä osiossa. Joten harkitsemme ihanteellista oskillaattoripiiriä ja aloitamme kondensaattorilla.

Oletetaan, että on täydellinen kondensaattori. Ladataan se akusta jännitteeseen U0, eli luodaan potentiaaliero U0 sen levyjen välille niin, että siitä tulee "+" ylemmällä levyllä ja "-" alemmalla, kuten yleensä esitetään.

Mitä se tarkoittaa? Tämä tarkoittaa, että ulkoisten voimien lähteen avulla siirrämme tietyn osan negatiivisesta varauksesta Q0 (joka koostuu elektroneista) kondensaattorin ylälevyltä sen alalevylle. Tämän seurauksena kondensaattorin pohjalevylle ilmestyy ylimäärä negatiivista varausta, ja ylälevystä puuttuu juuri tämä määrä negatiivista varausta, mikä tarkoittaa ylimääräistä positiivista varausta. Loppujen lopuksi alun perin kondensaattoria ei ladattu, mikä tarkoittaa, että saman merkin varaus molemmilla levyillä oli täysin sama.

Niin, ladattu kondensaattori, ylempi levy on positiivisesti varautunut (koska elektroneja puuttuu) suhteessa alempaan levyyn ja alempi levy on negatiivisesti varautunut ylempään verrattuna. Periaatteessa muille esineille kondensaattori on sähköisesti neutraali, mutta sen eristeen sisällä on sähkökenttä, jonka kautta vastakkaisten levyjen vastakkaiset varaukset ovat vuorovaikutuksessa, eli niillä on taipumus vetää puoleensa toisiaan, mutta dielektrisyys luonteeltaan , ei salli tämän tapahtuvan. Tällä hetkellä kondensaattorin energia on suurin ja yhtä suuri kuin ECm.

Otetaan nyt ihanteellinen kela. Polku on tehty johdosta, jolla ei ole lainkaan sähkövastusta, eli sillä on täydellinen kyky läpäistä sähkövaraus häiritsemättä sitä. Kytketään käämi rinnan juuri ladatun kondensaattorin kanssa.

Mitä tapahtuu? Kondensaattorin levyillä olevat varaukset, kuten ennenkin, ovat vuorovaikutuksessa, pyrkivät vetämään toisiaan puoleensa, — alemman levyn elektronit pyrkivät palaamaan ylempään, koska sieltä ne vedettiin voimalla alempaan kondensaattorin latautuessa. .Varausjärjestelmällä on taipumus palata sähköisen tasapainon tilaan, ja sitten kiinnitetään kela - spiraaliksi kierretty lanka, jolla on induktanssi (kyky estää virran muuttaminen magneettikentän vaikutuksesta, kun virta kulkee sen läpi) !

Elektronit syöksyvät alemmasta levystä käämin langan läpi kondensaattorin ylempään levyyn (voidaan sanoa, että samalla positiivinen varaus ryntää alalevyyn), mutta ne eivät voi heti liukua sinne.

Miksi? Koska kelalla on induktanssi ja sen läpi liikkuvat elektronit ovat jo virtoja ja koska virta tarkoittaa, että sen ympärillä on oltava magneettikenttä, joten mitä enemmän elektroneja tulee kelaan, sitä suuremmaksi virta tulee ja mitä suurempi on magneettikenttä kelan ympärille ilmestyy.

Kun kaikki kondensaattorin pohjalevyn elektronit ovat tulleet kelaan – siinä oleva virta on maksimissaan Im, sen ympärillä oleva magneettikenttä on suurin, jonka tämä määrä liikkuvaa varausta voi luoda ollessaan johtimessaan. Tässä vaiheessa kondensaattori on täysin purkautunut, sen levyjen välisen eristeen sähkökentän energia on nolla EC0, mutta kaikki tämä energia sisältyy nyt kelan ELm magneettikenttään.

Ja sitten kelan magneettikenttä alkaa heikentyä, koska sitä ei tue mikään, koska elektroneja ei enää virtaa sisään ja ulos kelasta, ei ole virtaa ja käämin ympäriltä katoava magneettikenttä synnyttää pyörteisen sähkökentän. sen johdossa, joka työntää elektronit edelleen ylälevykondensaattoriin, jossa he olivat niin innokkaita.Ja sillä hetkellä, kun kaikki elektronit olivat kondensaattorin ylälevyllä, käämin magneettikenttä oli yhtä suuri kuin nolla EL0. Ja nyt kondensaattoria ladataan päinvastaiseen suuntaan kuin mitä ladattiin aivan alussa.

Kondensaattorin ylempi levy on nyt varautunut negatiivisesti ja alempi levy on positiivisesti varautunut. Kela on edelleen kytketty, sen johto tarjoaa edelleen vapaan tien elektronien virtaamiseen, mutta kondensaattorin levyjen välinen potentiaaliero toteutuu jälleen, vaikkakin etumerkillisesti päinvastainen kuin alkuperäinen.

Ja elektronit syöksyvät jälleen kelaan, virrasta tulee maksimi, mutta koska se on nyt suunnattu vastakkaiseen suuntaan, magneettikenttä syntyy vastakkaiseen suuntaan, ja kun kaikki elektronit palaavat kelaan (liikkuessaan alas) , magneettikenttä ei enää keräänty, nyt se alkaa pienentyä ja elektronit työnnetään edelleen - kondensaattorin alemmalle levylle.

Ja sillä hetkellä, kun kelan magneettikenttä muuttui nollaksi, se katosi kokonaan, - kondensaattorin ylälevy on jälleen positiivisesti varautunut alempaan verrattuna. Kondensaattorin kunto on samanlainen kuin alussa. Tapahtui yhden värähtelyn täysi sykli. Ja niin edelleen ja niin edelleen .. Näiden värähtelyjen jakso, riippuen kelan induktanssista ja kondensaattorin kapasitanssista, voidaan löytää Thomsonin kaavalla: