osilatör devresi

Mükemmel kapasitör ve bobin. Salınımların nasıl meydana geldiği, bobinin manyetik alanı arttığında ve kaybolduğunda elektronların nerede hareket ettiği.

Bir salınım devresi, bir bobin ve bir kapasitörden oluşan kapalı bir elektrik devresidir. Bobinin endüktansını L harfiyle ve kapasitörün elektrik kapasitesini C harfiyle gösterelim. Bir salınım devresi, serbest harmonik elektromanyetik salınımların meydana gelebildiği en basit elektrik sistemidir.

Tabii ki, gerçek bir salınım devresi her zaman sadece kapasitans C ve endüktans L'yi değil, aynı zamanda aktif direnci R olan bağlantı kablolarını da içerir, ancak direnci bu makalenin kapsamı dışında bırakalım, hakkında bilgi edinebilirsiniz. titreşim sisteminin kalite faktörü ile ilgili bölümde. Bu yüzden ideal bir osilatör devresini düşünüyoruz ve bir kondansatörle başlıyoruz.

Diyelim ki mükemmel bir kapasitör var. Aküden U0 voltajına kadar şarj edelim, yani, genellikle belirtildiği gibi, üst levhada "+" ve alttaki levhada "-" olacak şekilde levhaları arasında U0 potansiyel farkı yaratalım.

Bu ne anlama geliyor? Bu, bir dış kuvvet kaynağının yardımıyla, kapasitörün üst plakasından alt plakasına negatif yük Q0'ın (elektronlardan oluşan) belirli bir kısmını hareket ettireceğimiz anlamına gelir. Sonuç olarak, kapasitörün alt plakasında aşırı bir negatif yük oluşacak ve üst plaka tam olarak bu miktarda negatif yükten yoksun olacak, yani fazla pozitif yük olacaktır. Sonuçta, başlangıçta kapasitör şarj edilmedi, bu da aynı işaretin her iki plakasındaki yükünün kesinlikle eşit olduğu anlamına geliyor.

Bu yüzden, şarjlı kondansatör, üst plaka alt plakaya göre pozitif yüklüdür (çünkü elektronlar eksiktir) ve alt plaka üst plakaya göre negatif yüklüdür. Prensip olarak, diğer nesneler için, kapasitör elektriksel olarak nötrdür, ancak dielektrik içinde, zıt plakalardaki zıt yüklerin etkileşime girdiği, yani birbirlerini çekme eğiliminde oldukları, ancak dielektrik doğası gereği bir elektrik alanı vardır. , buna izin vermez. Bu anda kapasitörün enerjisi maksimumdur ve ECm'ye eşittir.

Şimdi ideal bir indüktör alalım. Yol, hiçbir elektrik direncine sahip olmayan bir telden yapılmıştır, yani bir elektrik yükünü engellemeden geçirme konusunda mükemmel bir yeteneğe sahiptir. Bobini yeni şarj edilen kondansatöre paralel bağlayalım.

Ne olacak? Kondansatörün plakalarındaki yükler, daha önce olduğu gibi etkileşime girer, birbirlerini çekme eğilimindedir - alt plakadaki elektronlar üste geri dönme eğilimindedir, çünkü kondansatör şarj edildiğinde oradan zorla aşağıya doğru sürüklenirler. .Yük sistemi elektriksel bir denge durumuna geri dönme eğilimindedir ve ardından bir bobin eklenir - endüktansa sahip bir spiral şeklinde bükülmüş bir tel (akım içinden geçtiğinde manyetik alan tarafından akımın değişmesini önleme yeteneği) !

Alt plakadan gelen elektronlar, bobin teli boyunca kapasitörün üst plakasına koşar (aynı zamanda pozitif yükün alt plakaya koştuğunu söyleyebiliriz), ancak orada hemen kayamazlar.

Neden? Bobinin endüktansı olduğundan ve içinden geçen elektronlar zaten akım olduğundan ve akım, çevresinde bir manyetik alan olması gerektiği anlamına geldiğinden, bobine ne kadar çok elektron girerse, akım o kadar büyük olur ve manyetik alan o kadar büyük olur. bobinin etrafında görünür.

Kapasitörün alt plakasındaki tüm elektronlar bobine girdiğinde - içindeki akım maksimum Im'de olacak, etrafındaki manyetik alan, bu miktarda hareketli yükün iletkenindeyken oluşturabileceği en büyük olacaktır. Bu noktada kapasitör tamamen boşalır, plakaları arasındaki dielektrikteki elektrik alanının enerjisi sıfır EC0'a eşittir, ancak tüm bu enerji şimdi bobin ELm'nin manyetik alanında bulunur.

Ve sonra bobinin manyetik alanı azalmaya başlar çünkü onu destekleyecek hiçbir şey yoktur, çünkü artık bobine giren ve çıkan elektronlar yoktur, akım yoktur ve bobinin etrafındaki kaybolan manyetik alan bir girdap elektrik alanı oluşturur. elektronları çok istekli oldukları üst plaka kapasitörüne doğru iten telinde.Ve tüm elektronların kapasitörün üst plakasında olduğu anda, bobinin manyetik alanı sıfır EL0'a eşit oldu. Ve şimdi kondansatör, en başta şarj edilenin tersi yönde şarj oluyor.

Kondansatörün üst plakası artık negatif, alt plakası ise pozitif yüklüdür. Bobin hala bağlıdır, teli hala elektronların akması için serbest bir yol sağlar, ancak kondansatörün plakaları arasındaki potansiyel fark, orijinalin işaretinin tersi olmasına rağmen, yine gerçekleştirilir.

Ve elektronlar tekrar bobine koşar, akım maksimum olur, ancak şimdi ters yöne yönlendirildiği için, manyetik alan ters yönde oluşturulur ve tüm elektronlar bobine geri döndüğünde (aşağı doğru hareket ederken) , manyetik alan artık birikmez, şimdi azalmaya başlar ve elektronlar daha da ileri itilir - kapasitörün alt plakasına.

Ve bobinin manyetik alanı sıfıra eşit olduğu anda, tamamen kayboldu - kapasitörün üst plakası, alt plakaya göre tekrar pozitif yüklüdür. Kapasitörün durumu, başlangıçtaki duruma benzer. Bir salınımın tam bir döngüsü meydana geldi. Ve bunun gibi .. Bobinin endüktansına ve kapasitörün kapasitansına bağlı olarak bu salınımların periyodu Thomson'ın formülü ile bulunabilir: