Circuit oscil·lador

Condensador i bobina perfectes. Com es produeixen les oscil·lacions, on es mouen els electrons quan el camp magnètic de la bobina augmenta i desapareix.

Un circuit oscil·lant és un circuit elèctric tancat format per una bobina i un condensador. Denotem la inductància de la bobina amb la lletra L, i la capacitat elèctrica del condensador amb la lletra C. Un circuit oscil·latori és el més simple dels sistemes elèctrics en què es poden produir oscil·lacions electromagnètiques harmòniques lliures.

Per descomptat, un circuit oscil·lant real sempre inclou no només una capacitat C i una inductància L, sinó també cables de connexió, que sens dubte tenen una resistència activa R, però deixem la resistència fora de l'abast d'aquest article, podeu aprendre-ne. a l'apartat del factor de qualitat del sistema de vibració. Per tant, considerem un circuit oscil·lador ideal i comencem amb un condensador.

Diguem que hi ha un condensador perfecte. Anem a carregar-lo de la bateria a una tensió U0, és a dir, crear una diferència de potencial U0 entre les seves plaques de manera que esdevingui "+" a la placa superior i "-" a la inferior, com s'acostuma a indicar.

Què vol dir? Això vol dir que amb l'ajuda d'una font de forces externes, mourem una part determinada de la càrrega negativa Q0 (formada per electrons) de la placa superior del condensador a la seva placa inferior. Com a resultat, apareixerà un excés de càrrega negativa a la placa inferior del condensador i la placa superior no tindrà exactament aquesta quantitat de càrrega negativa, és a dir, un excés de càrrega positiva. Després de tot, inicialment el condensador no estava carregat, el que significa que la càrrega del mateix signe a les dues plaques era absolutament igual.

Tan, condensador carregat, la placa superior està carregada positivament (perquè falten electrons) respecte a la placa inferior, i la placa inferior està carregada negativament respecte a la superior. En principi, per a altres objectes, el condensador és elèctricament neutre, però dins del seu dielèctric hi ha un camp elèctric a través del qual interactuen les càrregues oposades de les plaques oposades, és a dir, tendeixen a atreure's entre elles, però el dielèctric, per la seva pròpia naturalesa. , no permet que això passi. En aquest moment, l'energia del condensador és màxima i és igual a ECm.

Ara prenem un inductor ideal. El camí està fet d'un cable que no té cap resistència elèctrica, és a dir, té la capacitat perfecta de passar una càrrega elèctrica sense interferir-hi. Connectem la bobina en paral·lel amb el condensador acabat de carregar.

Què passarà? Les càrregues de les plaques del condensador, com abans, interactuen, tendeixen a atreure's entre elles, — els electrons de la placa inferior tendeixen a tornar a la part superior, perquè des d'allà van ser arrossegats per força cap a la part inferior quan es carregava el condensador. .El sistema de càrregues tendeix a tornar a un estat d'equilibri elèctric, i després s'adjunta una bobina: un cable retorçat en una espiral que té inductància (la capacitat d'evitar que el corrent canviï per un camp magnètic quan aquest corrent la travessa) !

Els electrons de la placa inferior passen pel cable de la bobina fins a la placa superior del condensador (podem dir que, al mateix temps, la càrrega positiva es dirigeix ​​​​a la placa inferior), però no poden lliscar-hi immediatament.

Per què? Com que la bobina té inductància, i els electrons que hi passen ja són corrents, i perquè el corrent significa que hi ha d'haver un camp magnètic al seu voltant, per tant, com més electrons entren a la bobina, més gran serà el corrent i més gran serà el camp magnètic. apareix al voltant de la bobina.

Quan tots els electrons de la placa inferior del condensador hagin entrat a la bobina, el corrent que hi ha al seu màxim Im, el camp magnètic al seu voltant serà el més gran que aquesta quantitat de càrrega en moviment pugui crear mentre estigui al seu conductor. En aquest punt, el condensador està completament descarregat, l'energia del camp elèctric en el dielèctric entre les seves plaques és igual a zero EC0, però tota aquesta energia ara està continguda en el camp magnètic de la bobina ELm.

I aleshores el camp magnètic de la bobina comença a disminuir perquè no hi ha res que el suporti, perquè ja no hi entren i surten electrons, no hi ha corrent i el camp magnètic que desapareix al voltant de la bobina genera un camp elèctric remolí. en el seu cable que empeny els electrons més enllà del condensador de la placa superior on estaven tan ansiosos.I en el moment en què tots els electrons estaven a la placa superior del condensador, el camp magnètic de la bobina es va convertir en zero EL0. I ara el condensador es carrega en la direcció oposada a la que es va carregar al principi.

La placa superior del condensador està ara carregada negativament i la placa inferior està carregada positivament. La bobina encara està connectada, el seu cable encara proporciona un camí lliure perquè els electrons flueixin, però la diferència de potencial entre les plaques del condensador es torna a adonar, encara que en signe oposat a l'original.

I els electrons tornen a precipitar-se a la bobina, el corrent es torna màxim, però com que ara es dirigeix ​​en la direcció oposada, el camp magnètic es crea en la direcció oposada, i quan tots els electrons tornen a la bobina (a mesura que es mouen cap avall) , el camp magnètic ja no s'acumula, ara comença a disminuir i els electrons s'empenyen més, a la placa inferior del condensador.

I en el moment en què el camp magnètic de la bobina es va convertir en zero, va desaparèixer completament, la placa superior del condensador torna a estar carregada positivament respecte a la inferior. L'estat del condensador és similar al que era al principi. Es va produir un cicle complet d'una oscil·lació. I així successivament i així successivament.. El període d'aquestes oscil·lacions, depenent de la inductància de la bobina i de la capacitat del condensador, es pot trobar mitjançant la fórmula de Thomson: