Oscilatorski krug

Savršeni kondenzator i zavojnica. Kako nastaju oscilacije, gdje se kreću elektroni kada se magnetsko polje zavojnice povećava i nestaje.

Titrajni krug je zatvoreni električni krug koji se sastoji od zavojnice i kondenzatora. Označimo induktivitet zavojnice slovom L, a električni kapacitet kondenzatora slovom C. Oscilatorni krug je najjednostavniji električni sustav u kojem se mogu pojaviti slobodne harmonijske elektromagnetske oscilacije.

Naravno, pravi titrajni krug uvijek uključuje ne samo kapacitet C i induktivitet L, već i spojne žice, koje sigurno imaju aktivni otpor R, ali ostavimo otpor izvan opsega ovog članka, o tome možete saznati u dijelu o faktoru kvalitete vibracijskog sustava. Dakle, razmatramo idealni oscilatorski krug i počinjemo s kondenzatorom.

Recimo da postoji savršeni kondenzator. Napunimo ga iz baterije na napon U0, odnosno stvorimo razliku potencijala U0 između njegovih ploča tako da na gornjoj ploči bude "+", a na donjoj "-", kako se obično označava.

Što to znači? To znači da ćemo uz pomoć izvora vanjskih sila premjestiti određeni dio negativnog naboja Q0 (koji se sastoji od elektrona) s gornje ploče kondenzatora na njegovu donju ploču. Zbog toga će se na donjoj ploči kondenzatora pojaviti višak negativnog naboja, a na gornjoj ploči će nedostajati upravo toliko negativnog naboja, što znači višak pozitivnog naboja. Uostalom, u početku kondenzator nije bio napunjen, što znači da je naboj istog znaka na obje njegove ploče bio apsolutno jednak.

Tako, nabijeni kondenzator, gornja ploča je pozitivno nabijena (jer nedostaju elektroni) u odnosu na donju ploču, a donja ploča je negativno nabijena u odnosu na gornju. U principu, za druge objekte, kondenzator je električki neutralan, ali unutar njegovog dielektrika postoji električno polje kroz koje suprotni naboji na suprotnim pločama međusobno djeluju, naime teže međusobnom privlačenju, ali dielektrik po svojoj prirodi , ne dopušta da se to dogodi. U ovom trenutku energija kondenzatora je maksimalna i jednaka je ECm.

Uzmimo sada idealni induktor. Staza je napravljena od žice koja nema nikakav električni otpor, odnosno ima savršenu sposobnost propuštanja električnog naboja bez ometanja. Spojimo zavojnicu paralelno s tek napunjenim kondenzatorom.

Što će se dogoditi? Naboji na pločama kondenzatora, kao i prije, međusobno djeluju, nastoje se međusobno privući, — elektroni s donje ploče nastoje se vratiti na gornju, jer su odatle silom odvučeni na donju kad je kondenzator bio nabijen. .Sustav naboja nastoji se vratiti u stanje električne ravnoteže, a zatim se pričvrsti zavojnica - žica upletena u spiralu koja ima induktivitet (sposobnost da spriječi promjenu struje magnetskim poljem kada ta struja prolazi kroz njega) !

Elektroni s donje ploče jure kroz žicu zavojnice na gornju ploču kondenzatora (možemo reći da istodobno pozitivni naboj juri na donju ploču), ali ne mogu odmah tamo skliznuti.

Zašto? Budući da zavojnica ima induktivitet, a elektroni koji se kreću kroz nju već su struje, i zato što struja znači da oko nje mora postojati magnetsko polje. Dakle, što više elektrona ulazi u zavojnicu, struja postaje veća, a magnetsko polje je veće oko zavojnice se pojavljuje.

Kada svi elektroni s donje ploče kondenzatora uđu u zavojnicu — struja u njemu bit će na svom maksimumu I, magnetsko polje oko njega bit će najveće koje ova količina pokretnog naboja može stvoriti dok je u njegovom vodiču. U ovom trenutku kondenzator je potpuno ispražnjen, energija električnog polja u dielektriku između njegovih ploča jednaka je nuli EC0, ali je sva ta energija sada sadržana u magnetskom polju zavojnice ELm.

I tada se magnetsko polje zavojnice počinje smanjivati ​​jer nema ničega što bi ga podržavalo, jer više elektroni ne ulaze i izlaze iz zavojnice, nema struje, a magnetsko polje koje nestaje oko zavojnice stvara vrtložno električno polje u svojoj žici koja gura elektrone dalje do gornjeg pločastog kondenzatora gdje su bili tako željni.I u trenutku kada su svi elektroni bili na gornjoj ploči kondenzatora, magnetsko polje zavojnice postalo je jednako nuli EL0. I sada se kondenzator puni u suprotnom smjeru od onoga koji je bio napunjen na samom početku.

Gornja ploča kondenzatora sada je negativno nabijena, a donja ploča je pozitivno nabijena. Zavojnica je još uvijek spojena, njena žica još uvijek pruža slobodan put za protok elektrona, ali razlika potencijala između ploča kondenzatora ponovno se ostvaruje, iako suprotnog predznaka od izvorne.

I elektroni ponovno jure u zavojnicu, struja postaje maksimalna, ali budući da je sada usmjerena u suprotnom smjeru, magnetsko polje se stvara u suprotnom smjeru, a kada se svi elektroni vrate u zavojnicu (dok se kreću prema dolje) , magnetsko polje se više ne nakuplja, sada se počinje smanjivati, a elektroni se guraju dalje - na donju ploču kondenzatora.

I u trenutku kada je magnetsko polje zavojnice postalo jednako nuli, potpuno je nestalo, - gornja ploča kondenzatora ponovno je pozitivno nabijena u odnosu na donju. Stanje kondenzatora je slično onom na početku. Dogodio se puni ciklus od jedne oscilacije. I tako dalje i tako dalje .. Period tih oscilacija, ovisno o induktivitetu zavojnice i kapacitetu kondenzatora, može se pronaći Thomsonovom formulom: