Κύκλωμα ταλαντωτή

Τέλειος πυκνωτής και πηνίο. Πώς συμβαίνουν οι ταλαντώσεις, πού κινούνται τα ηλεκτρόνια όταν το μαγνητικό πεδίο του πηνίου αυξάνεται και εξαφανίζεται.

Ένα κύκλωμα ταλάντωσης είναι ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα που αποτελείται από ένα πηνίο και έναν πυκνωτή. Ας υποδηλώσουμε την επαγωγή του πηνίου με το γράμμα L και την ηλεκτρική χωρητικότητα του πυκνωτή με το γράμμα C. Ένα ταλαντευόμενο κύκλωμα είναι το απλούστερο από τα ηλεκτρικά συστήματα στα οποία μπορούν να συμβούν ελεύθερες αρμονικές ηλεκτρομαγνητικές ταλαντώσεις.

Φυσικά, ένα πραγματικό κύκλωμα ταλάντωσης περιλαμβάνει πάντα όχι μόνο μια χωρητικότητα C και μια επαγωγή L, αλλά και καλώδια σύνδεσης, τα οποία σίγουρα έχουν ενεργή αντίσταση R, αλλά ας αφήσουμε την αντίσταση εκτός του πεδίου εφαρμογής αυτού του άρθρου, μπορείτε να μάθετε γι 'αυτό στην ενότητα για τον συντελεστή ποιότητας του συστήματος δόνησης. Έτσι, θεωρούμε ένα ιδανικό κύκλωμα ταλαντωτή και ξεκινάμε με έναν πυκνωτή.

Ας πούμε ότι υπάρχει ένας τέλειος πυκνωτής. Ας το φορτίσουμε από την μπαταρία σε τάση U0, δηλαδή να δημιουργήσουμε μια διαφορά δυναμικού U0 μεταξύ των πλακών του ώστε να γίνει "+" στην επάνω πλάκα και "-" στην κάτω, όπως συνήθως υποδεικνύεται.

Τι σημαίνει? Αυτό σημαίνει ότι με τη βοήθεια μιας πηγής εξωτερικών δυνάμεων, θα μετακινήσουμε ένα ορισμένο μέρος του αρνητικού φορτίου Q0 (αποτελούμενο από ηλεκτρόνια) από την επάνω πλάκα του πυκνωτή στην κάτω πλάκα του. Ως αποτέλεσμα, μια περίσσεια αρνητικού φορτίου θα εμφανιστεί στην κάτω πλάκα του πυκνωτή και η επάνω πλάκα θα στερείται ακριβώς αυτή την ποσότητα αρνητικού φορτίου, που σημαίνει περίσσεια θετικού φορτίου. Εξάλλου, αρχικά ο πυκνωτής δεν φορτίστηκε, πράγμα που σημαίνει ότι το φορτίο του ίδιου σήματος και στις δύο πλάκες του ήταν απολύτως ίσο.

Ετσι, φορτισμένος πυκνωτής, η πάνω πλάκα είναι θετικά φορτισμένη (επειδή λείπουν ηλεκτρόνια) σε σχέση με την κάτω πλάκα και η κάτω πλάκα είναι αρνητικά φορτισμένη σε σχέση με την πάνω. Κατ 'αρχήν, για άλλα αντικείμενα, ο πυκνωτής είναι ηλεκτρικά ουδέτερος, αλλά μέσα στο διηλεκτρικό του υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο μέσω του οποίου αλληλεπιδρούν τα αντίθετα φορτία στις αντίθετες πλάκες, δηλαδή, τείνουν να ελκύουν το ένα το άλλο, αλλά το διηλεκτρικό, από τη φύση του , δεν επιτρέπει να συμβεί αυτό. Αυτή τη στιγμή, η ενέργεια του πυκνωτή είναι μέγιστη και είναι ίση με ECm.

Ας πάρουμε τώρα έναν ιδανικό επαγωγέα. Η διαδρομή είναι φτιαγμένη από ένα σύρμα που δεν έχει καθόλου ηλεκτρική αντίσταση, δηλαδή έχει την τέλεια δυνατότητα να περάσει ένα ηλεκτρικό φορτίο χωρίς να παρεμβαίνει σε αυτό. Ας συνδέσουμε το πηνίο παράλληλα με τον πρόσφατα φορτισμένο πυκνωτή.

Τι θα συμβεί? Τα φορτία στις πλάκες του πυκνωτή, όπως και πριν, αλληλεπιδρούν, τείνουν να έλκονται μεταξύ τους, — τα ηλεκτρόνια από την κάτω πλάκα τείνουν να επιστρέφουν στην επάνω, επειδή από εκεί σύρθηκαν με δύναμη προς τα κάτω όταν φορτίστηκε ο πυκνωτής .Το σύστημα φορτίων τείνει να επιστρέφει σε κατάσταση ηλεκτρικής ισορροπίας και στη συνέχεια συνδέεται ένα πηνίο - ένα σύρμα στριμμένο σε μια σπείρα που έχει αυτεπαγωγή (την ικανότητα να εμποδίζει το ρεύμα να αλλάξει από ένα μαγνητικό πεδίο όταν αυτό το ρεύμα περνά μέσα από αυτό) !

Τα ηλεκτρόνια από την κάτω πλάκα ορμούν μέσω του σύρματος του πηνίου στην επάνω πλάκα του πυκνωτή (μπορούμε να πούμε ότι ταυτόχρονα το θετικό φορτίο ορμάει στην κάτω πλάκα), αλλά δεν μπορούν να γλιστρήσουν αμέσως εκεί.

Γιατί; Επειδή το πηνίο έχει αυτεπαγωγή και τα ηλεκτρόνια που κινούνται μέσα από αυτό είναι ήδη ρεύματα, και επειδή το ρεύμα σημαίνει ότι πρέπει να υπάρχει μαγνητικό πεδίο γύρω του. Άρα όσο περισσότερα ηλεκτρόνια εισέρχονται στο πηνίο, τόσο μεγαλύτερο γίνεται το ρεύμα και όσο μεγαλύτερο είναι το μαγνητικό πεδίο γύρω από το πηνίο εμφανίζεται.

Όταν όλα τα ηλεκτρόνια από την κάτω πλάκα του πυκνωτή έχουν εισέλθει στο πηνίο - το ρεύμα σε αυτό θα είναι στο μέγιστο Im του, το μαγνητικό πεδίο γύρω του θα είναι το μεγαλύτερο που μπορεί να δημιουργήσει αυτή η ποσότητα κινούμενου φορτίου ενώ βρίσκεται στον αγωγό του. Σε αυτό το σημείο, ο πυκνωτής εκφορτίζεται πλήρως, η ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου στο διηλεκτρικό μεταξύ των πλακών του είναι ίση με μηδέν EC0, αλλά όλη αυτή η ενέργεια περιέχεται τώρα στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου ELm.

Και τότε το μαγνητικό πεδίο του πηνίου αρχίζει να μειώνεται επειδή δεν υπάρχει τίποτα που να το υποστηρίζει, επειδή δεν ρέουν άλλα ηλεκτρόνια μέσα και έξω από το πηνίο, δεν υπάρχει ρεύμα και το μαγνητικό πεδίο που εξαφανίζεται γύρω από το πηνίο δημιουργεί ένα δινοηλεκτρικό πεδίο στο σύρμα του που σπρώχνει τα ηλεκτρόνια περαιτέρω στον πυκνωτή της επάνω πλάκας όπου ήταν τόσο πρόθυμοι.Και τη στιγμή που όλα τα ηλεκτρόνια ήταν στην επάνω πλάκα του πυκνωτή, το μαγνητικό πεδίο του πηνίου έγινε ίσο με μηδέν EL0. Και τώρα ο πυκνωτής φορτίζεται προς την αντίθετη κατεύθυνση από αυτήν που φορτίστηκε στην αρχή.

Η πάνω πλάκα του πυκνωτή είναι τώρα αρνητικά φορτισμένη και η κάτω πλάκα είναι θετικά φορτισμένη. Το πηνίο είναι ακόμα συνδεδεμένο, το σύρμα του εξακολουθεί να παρέχει μια ελεύθερη διαδρομή για τη ροή των ηλεκτρονίων, αλλά η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών του πυκνωτή γίνεται και πάλι αντιληπτή, αν και αντίθετη σε πρόσημο από την αρχική.

Και τα ηλεκτρόνια ορμούν ξανά στο πηνίο, το ρεύμα γίνεται μέγιστο, αλλά αφού τώρα κατευθύνεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, το μαγνητικό πεδίο δημιουργείται προς την αντίθετη κατεύθυνση και όταν όλα τα ηλεκτρόνια επιστρέψουν στο πηνίο (καθώς κινούνται προς τα κάτω) , το μαγνητικό πεδίο δεν είναι πλέον συσσωρεύεται, τώρα αρχίζει να μειώνεται και τα ηλεκτρόνια ωθούνται περαιτέρω - στην κάτω πλάκα του πυκνωτή.

Και τη στιγμή που το μαγνητικό πεδίο του πηνίου έγινε ίσο με μηδέν, εξαφανίστηκε εντελώς, - η άνω πλάκα του πυκνωτή είναι και πάλι θετικά φορτισμένη σε σχέση με την κάτω. Η κατάσταση του πυκνωτή είναι παρόμοια με αυτή που ήταν στην αρχή. Συνέβη ένας πλήρης κύκλος μιας ταλάντωσης. Και ούτω καθεξής και ούτω καθεξής.. Η περίοδος αυτών των ταλαντώσεων, ανάλογα με την αυτεπαγωγή του πηνίου και την χωρητικότητα του πυκνωτή, μπορεί να βρεθεί με τον τύπο του Thomson: