Osciliatoriaus grandinė

Idealus kondensatorius ir ritė. Kaip atsiranda svyravimai, kur juda elektronai, kai ritės magnetinis laukas didėja ir išnyksta.

Virpesių grandinė yra uždara elektros grandinė, susidedanti iš ritės ir kondensatoriaus. Ritės induktyvumą pažymėkime raide L, o kondensatoriaus elektrinę talpą – raide C. Virpesių grandinė yra paprasčiausia elektros sistema, kurioje gali atsirasti laisvųjų harmoninių elektromagnetinių virpesių.

Žinoma, tikroji virpesių grandinė visada apima ne tik talpą C ir induktyvumą L, bet ir jungiamuosius laidus, kurie tikrai turi aktyviąją varžą R, tačiau palikime varžą iš šio straipsnio taikymo srities, apie tai galite sužinoti skyrelyje apie vibracinės sistemos kokybės faktorių. Taigi, mes laikome idealią generatoriaus grandinę ir pradedame nuo kondensatoriaus.

Tarkime, kad yra tobulas kondensatorius. Įkraukime jį iš akumuliatoriaus iki įtampos U0, tai yra, tarp jo plokščių sukurkime potencialų skirtumą U0, kad jis taptų "+" ant viršutinės plokštės ir "-" ant apatinės, kaip paprastai nurodoma.

Ką tai reiškia? Tai reiškia, kad išorinių jėgų šaltinio pagalba mes perkelsime tam tikrą neigiamo krūvio Q0 dalį (sudarytą iš elektronų) iš viršutinės kondensatoriaus plokštės į apatinę jo plokštę. Dėl to apatinėje kondensatoriaus plokštėje atsiras neigiamo krūvio perteklius, o viršutinėje plokštėje trūks būtent tokio neigiamo krūvio, o tai reiškia teigiamo krūvio perteklių. Galų gale, iš pradžių kondensatorius nebuvo įkrautas, o tai reiškia, kad to paties ženklo įkrova abiejose jo plokštėse buvo visiškai vienoda.

Taigi, įkrautas kondensatorius, viršutinė plokštė yra teigiamai įkrauta (nes trūksta elektronų), palyginti su apatine, o apatinė - neigiamai, palyginti su viršutine. Iš esmės kitiems objektams kondensatorius yra elektriškai neutralus, tačiau jo dielektriko viduje yra elektrinis laukas, per kurį sąveikauja priešingų plokščių priešingi krūviai, būtent jie linkę vienas kitą pritraukti, tačiau dielektrikas pagal savo prigimtį. , neleidžia tam įvykti. Šiuo metu kondensatoriaus energija yra maksimali ir lygi ECm.

Dabar paimkime idealų induktorių. Takas yra pagamintas iš vielos, kuri visiškai neturi elektros varžos, tai yra, ji turi puikią galimybę praleisti elektros krūvį jo netrukdant. Sujungkime ritę lygiagrečiai su naujai įkrautu kondensatoriumi.

Kas nutiks? Kondensatoriaus plokštelių krūviai, kaip ir anksčiau, sąveikauja, yra linkę vienas kitą traukti, — elektronai iš apatinės plokštės linkę grįžti į viršutinę, nes iš ten, įkraunant kondensatorių, jėga buvo nutempti į apatinę. .Krūvių sistema linkusi grįžti į elektros pusiausvyros būseną, o tada pritvirtinama ritė – viela, susukta į spiralę, kuri turi induktyvumą (sugebėjimą neleisti srovei keisti magnetinio lauko, kai ši srovė teka per ją). !

Elektronai iš apatinės plokštės veržiasi per ritės laidą į viršutinę kondensatoriaus plokštę (galime sakyti, kad tuo pačiu metu teigiamas krūvis veržiasi į apatinę plokštę), tačiau jie negali iš karto paslysti.

Kodėl? Kadangi ritė turi induktyvumą, o per ją judantys elektronai jau yra srovės, o srovė reiškia, kad aplink ją turi būti magnetinis laukas.Taigi kuo daugiau elektronų patenka į ritę, tuo didesnė srovė ir tuo didesnis magnetinis laukas aplink ritę pasirodo.

Kai visi elektronai iš apatinės kondensatoriaus plokštės pateks į ritę – srovė joje bus maksimali Im, magnetinis laukas aplink jį bus didžiausias, kokį gali sukurti toks judančio krūvio kiekis būdamas laidininke. Šiuo metu kondensatorius visiškai išsikrauna, elektrinio lauko energija dielektrike tarp jo plokščių lygi nuliui EC0, tačiau visa ši energija dabar yra ritės ELm magnetiniame lauke.

Ir tada ritės magnetinis laukas pradeda mažėti, nes nėra ko palaikyti, nes į ritę ir iš jos nebeteka elektronai, nėra srovės, o aplink ritę nykstantis magnetinis laukas sukuria sūkurinį elektrinį lauką. savo laidu, kuris stumia elektronus toliau į viršutinį plokštelinį kondensatorių, kur jie taip norėjo.Ir tuo momentu, kai visi elektronai buvo ant viršutinės kondensatoriaus plokštės, ritės magnetinis laukas tapo lygus nuliui EL0. Ir dabar kondensatorius įkraunamas priešinga kryptimi, nei buvo įkrauta pačioje pradžioje.

Viršutinė kondensatoriaus plokštė dabar yra neigiamai įkrauta, o apatinė - teigiamai. Ritė vis dar prijungta, jos laidas vis dar suteikia laisvą kelią elektronams tekėti, tačiau potencialų skirtumas tarp kondensatoriaus plokščių vėl yra realizuotas, nors ir priešingas originalui.

Ir elektronai vėl veržiasi į ritę, srovė tampa maksimali, bet kadangi dabar ji nukreipta priešinga kryptimi, magnetinis laukas sukuriamas priešinga kryptimi, o kai visi elektronai grįžta į ritę (judėdami žemyn) , magnetinis laukas nebesikaupia, dabar jis pradeda mažėti, o elektronai stumiami toliau – į apatinę kondensatoriaus plokštę.

Ir tuo metu, kai ritės magnetinis laukas tapo lygus nuliui, jis visiškai išnyko, - viršutinė kondensatoriaus plokštė vėl yra teigiamai įkrauta apatinės atžvilgiu. Kondensatoriaus būklė panaši į tą, kuri buvo pradžioje. Įvyko visas vieno svyravimo ciklas. Ir taip toliau, ir taip toliau .. Šių virpesių periodą, priklausomai nuo ritės induktyvumo ir kondensatoriaus talpos, galima rasti pagal Tomsono formulę: