Elektromanyetik titreşimler — sönümleme ve zorlamalı titreşimler olmadan

Bir indüktör ve bir kondansatörden oluşan bir devrede elektromanyetik titreşimler, elektrik enerjisinin periyodik olarak manyetik enerjiye dönüşmesi ve bunun tersi nedeniyle oluşur. Bu durumda kapasitörün plakalarındaki elektrik yükü ve bobinden geçen akımın büyüklüğü periyodik olarak değişir.

Elektromanyetik titreşimler serbest ve zorlanmıştır. Serbest salınımlar, kural olarak, sıfır olmayan döngü direnci nedeniyle sönümlenir ve zorunlu salınımlar genellikle kendi kendine salınımlardır.

Elde etmek titreşimli bir devrede serbest salınımlar, önce bu sistemi dengeden çıkarmamız gerekir: kondansatörü başlangıç ​​yükü q0 ile bilgilendirin veya bir şekilde bobin boyunca bir akım darbesi I0 başlatın.

Bu, bir tür dürtü görevi görecek ve devrede serbest elektromanyetik salınımlar meydana gelecektir - kapasitörün endüktif bobin aracılığıyla dönüşümlü olarak şarj edilmesi ve boşaltılması işlemi başlayacak ve buna bağlı olarak bobinin manyetik alanının değişken yükselişi ve düşüşü başlayacaktır.

Bir devrede değişen harici bir elektromotor kuvveti tarafından sürdürülen salınımlara zorunlu salınımlar denir. Dolayısıyla, zaten anladığınız gibi, serbest elektromanyetik salınımların gözlemlenebildiği en basit salınım sistemine bir örnek, elektrik kapasitesi C olan bir kapasitör ve L endüktans bobininden oluşan bir salınım devresidir.

Gerçek bir salınımlı devrede, kondansatörü yeniden doldurma işlemi periyodik olarak tekrarlanır, ancak salınımlar hızla ölür çünkü enerji esas olarak bobin telinin aktif direnci R üzerinde dağılır.

İdeal bir salınım devresine sahip bir devre düşünün. Önce kapasitörü pilden şarj edelim - ona ilk şarjı q0 vereceğiz, yani kapasitörü enerji ile dolduracağız. Bu, kapasitörün maksimum enerjisi olacaktır.

Bir sonraki adım, kondansatörü aküden ayırmak ve indüktöre paralel olarak bağlamaktır. Bu noktada kapasitör boşalmaya başlayacak ve bobin devresinde artan bir akım görünecektir. Kondansatör ne kadar uzun süre boşalırsa, ondan gelen yük kademeli olarak bobine geçer, bobindeki akım o kadar artar, böylece bobin enerjiyi manyetik alan şeklinde depolar.

Bobin endüktansa sahip olduğu için bu işlem anında değil, kademeli olarak gerçekleşir, bu da bobinin akımdaki artışa her halükarda direnmesi gerçeğinden oluşan kendi kendine endüksiyon olgusunun meydana geldiği anlamına gelir. Bir noktada, bobinin manyetik alan enerjisi mümkün olan maksimum değere (Wm) ulaşır (kapasitöre başlangıçta ne kadar yük aktarıldığına ve devrenin direncinin ne olduğuna bağlı olarak).

Ayrıca, kendi kendine endüksiyon olgusu nedeniyle, bobinden geçen akım aynı yönde tutulur, ancak büyüklüğü azalır ve sonunda elektrik yükü tekrar kapasitörde birikir. Bu şekilde kondansatör yeniden şarj edilmiş olur. Plakaları artık, kondansatörü aküye bağladığımız deneyin başlangıcındaki şarj işaretlerine zıttır.

Kondansatör enerjisi bu devre için mümkün olan maksimum değere ulaşmıştır. Devredeki akım durmuştur. Şimdi süreç ters yönde gitmeye başlıyor ve bu tekrar tekrar devam edecek, yani serbest elektromanyetik salınımlar olacak.

R devresinin aktif direnci sıfıra eşitse, kapasitör plakaları üzerindeki voltaj ve bobinden geçen akım, harmonik yasaya - kosinüs veya sinüs - göre sonsuz şekilde değişecektir. Buna harmonik titreşim denir. Kondansatör plakalarındaki yük de bir harmonik yasasına göre değişecektir.

İdeal döngüde kayıp yoktur. Ve eğer öyleyse, devredeki serbest salınımların süresi yalnızca kapasitörün kapasitansının C değerine ve bobinin endüktansının L değerine bağlı olacaktır. Bu periyot (R = 0 olan ideal bir döngü için) Thomson'ın formülü kullanılarak bulunabilir:

İdeal bir kayıpsız devre için karşılık gelen frekans ve çevrim frekansı aşağıdaki formüller kullanılarak bulunur:

Ancak ideal devreler yoktur ve tellerin ısınmasından kaynaklanan kayıplar nedeniyle elektromanyetik salınımlar sönümlenir. Devre direnci R değerine bağlı olarak, sonraki her maksimum kapasitör voltajı bir öncekinden daha düşük olacaktır.

Bu fenomenle bağlantılı olarak, fizikte salınımların logaritmik azalması veya sönümleme azalması gibi bir parametre tanıtıldı. Salınımların ardışık iki maksimumunun (aynı işaretli) oranının doğal logaritması olarak bulunur:

Logaritmik salınım azaltması, ideal salınım periyodu ile aşağıdaki ilişkiyle ilişkilidir, burada ek bir parametre girilebilir, sözde Sönümleme faktörü:

Sönümleme, serbest titreşimlerin frekansını etkiler. Bu nedenle, gerçek bir salınım devresinde serbest sönümlü salınımların frekansını bulma formülü, ideal bir devre formülünden farklıdır (sönümleme faktörü dikkate alınır):

Devrede salınımlar yapmak için sessize alınmadı, bu kayıpları her yarım dönemde bir yenilemek ve telafi etmek gerekir. Bu, harici EMF kaynağının ısı kayıplarını enerjisiyle telafi ettiği sürekli salınım jeneratörlerinde elde edilir. Harici bir EMF kaynağına sahip böyle bir salınım sistemine kendi kendine salınım denir.