Oscillator circuit

Perfecte condensator en spoel. Hoe de oscillaties ontstaan, waar de elektronen bewegen als het magnetische veld van de spoel toeneemt en verdwijnt.

Een oscillerend circuit is een gesloten elektrisch circuit dat bestaat uit een spoel en een condensator. Laten we de inductantie van de spoel aanduiden met de letter L, en de elektrische capaciteit van de condensator met de letter C. Een oscillerend circuit is het eenvoudigste elektrische systeem waarin vrije harmonische elektromagnetische oscillaties kunnen optreden.

Natuurlijk bevat een echt oscillerend circuit altijd niet alleen een capaciteit C en een inductantie L, maar ook verbindingsdraden, die zeker een actieve weerstand R hebben, maar laten we de weerstand buiten het bestek van dit artikel laten, je kunt er meer over leren in het gedeelte over de kwaliteitsfactor van het trilsysteem. We beschouwen dus een ideaal oscillatorcircuit en beginnen met een condensator.

Laten we zeggen dat er een perfecte condensator is. Laten we het opladen vanaf de batterij tot een spanning U0, dat wil zeggen, een potentiaalverschil U0 creëren tussen de platen zodat het "+" wordt op de bovenste plaat en "-" op de onderste, zoals gewoonlijk wordt aangegeven.

Wat betekent het? Dit betekent dat we met behulp van een bron van externe krachten een bepaald deel van de negatieve lading Q0 (bestaande uit elektronen) van de bovenste plaat van de condensator naar de onderste plaat zullen verplaatsen. Als gevolg hiervan zal er een teveel aan negatieve lading verschijnen op de bodemplaat van de condensator, en zal de bovenplaat precies die hoeveelheid negatieve lading missen, wat een teveel aan positieve lading betekent. Aanvankelijk was de condensator immers niet opgeladen, wat betekent dat de lading van hetzelfde teken op beide platen absoluut gelijk was.

Dus, opgeladen condensator, de bovenste plaat is positief geladen (omdat er elektronen ontbreken) ten opzichte van de onderste plaat, en de onderste plaat is negatief geladen ten opzichte van de bovenste. In principe is de condensator voor andere objecten elektrisch neutraal, maar binnen het diëlektricum is er een elektrisch veld waardoor de tegengestelde ladingen op de tegenoverliggende platen op elkaar inwerken, ze hebben namelijk de neiging elkaar aan te trekken, maar het diëlektricum is van nature , staat niet toe dat dit gebeurt. Op dit moment is de energie van de condensator maximaal en gelijk aan ECm.

Laten we nu een ideale inductor nemen. Het pad is gemaakt van een draad die helemaal geen elektrische weerstand heeft, dat wil zeggen, het heeft het perfecte vermogen om een ​​elektrische lading door te laten zonder deze te verstoren. Laten we de spoel parallel verbinden met de nieuw opgeladen condensator.

Wat zal er gebeuren? De ladingen op de platen van de condensator werken, zoals voorheen, op elkaar in, hebben de neiging elkaar aan te trekken, — de elektronen van de onderste plaat hebben de neiging terug te keren naar de bovenste, omdat ze van daaruit met geweld naar de onderste werden gesleept toen de condensator werd opgeladen .Het systeem van ladingen heeft de neiging om terug te keren naar een staat van elektrisch evenwicht, en dan wordt een spoel bevestigd - een draad die in een spiraal is gedraaid die inductantie heeft (het vermogen om te voorkomen dat stroom wordt veranderd door een magnetisch veld wanneer die stroom er doorheen gaat) !

Elektronen van de onderste plaat rennen door de draad van de spoel naar de bovenste plaat van de condensator (we kunnen zeggen dat tegelijkertijd de positieve lading naar de onderste plaat snelt), maar daar kunnen ze niet meteen heen glijden.

Waarom? Omdat de spoel zelfinductie heeft en de elektronen die er doorheen bewegen al stromen zijn, en omdat stroom betekent dat er een magnetisch veld omheen moet zijn. Dus hoe meer elektronen de spoel binnenkomen, hoe groter de stroom wordt en hoe groter het magnetische veld rond de spoel verschijnt.

Wanneer alle elektronen van de bodemplaat van de condensator de spoel zijn binnengegaan - de stroom erin zal op zijn maximale Im zijn, het magnetische veld eromheen zal het grootst zijn dat deze hoeveelheid bewegende lading kan creëren terwijl hij in zijn geleider zit. Op dit punt is de condensator volledig ontladen, de energie van het elektrische veld in het diëlektricum tussen de platen is gelijk aan nul ECO, maar al deze energie zit nu in het magnetische veld van de spoel ELm.

En dan begint het magnetische veld van de spoel af te nemen omdat er niets is om het te ondersteunen, omdat er geen elektronen meer in en uit de spoel stromen, er geen stroom is en het verdwijnende magnetische veld rond de spoel genereert een wervel elektrisch veld in zijn draad die de elektronen verder duwt naar de condensator op de bovenplaat waar ze zo gretig naar verlangden.En op het moment dat alle elektronen zich op de bovenplaat van de condensator bevonden, werd het magnetische veld van de spoel gelijk aan nul EL0. En nu wordt de condensator opgeladen in de tegenovergestelde richting van die aan het begin.

De bovenplaat van de condensator is nu negatief geladen en de onderplaat is positief geladen. De spoel is nog steeds verbonden, de draad biedt nog steeds een vrij pad voor elektronen om te stromen, maar het potentiaalverschil tussen de platen van de condensator wordt opnieuw gerealiseerd, hoewel tegengesteld aan het origineel.

En de elektronen stromen weer de spoel in, de stroom wordt maximaal, maar aangezien deze nu in de tegenovergestelde richting is gericht, wordt het magnetische veld in de tegenovergestelde richting gecreëerd en wanneer alle elektronen terugkeren naar de spoel (terwijl ze naar beneden gaan) , het magnetische veld accumuleert niet langer, nu begint het af te nemen en worden de elektronen verder geduwd - naar de onderste plaat van de condensator.

En op het moment dat het magnetische veld van de spoel gelijk werd aan nul, verdween het volledig, — de bovenste plaat van de condensator is weer positief geladen ten opzichte van de onderste. De toestand van de condensator is vergelijkbaar met die in het begin. Er vond een volledige cyclus van één oscillatie plaats. Enzovoort enzovoort.. De periode van deze oscillaties, afhankelijk van de inductantie van de spoel en van de capaciteit van de condensator, kan worden gevonden met de formule van Thomson: