mạch dao động

Tụ điện và cuộn dây hoàn hảo. Các dao động xảy ra như thế nào, các êlectron chuyển động ở đâu khi từ trường của cuộn dây tăng lên và biến mất.

Mạch dao động là mạch điện kín gồm cuộn dây và tụ điện. Chúng ta hãy ký hiệu độ tự cảm của cuộn dây bằng chữ L và công suất điện của tụ điện bằng chữ C. Mạch dao động là hệ thống điện đơn giản nhất trong đó có thể xảy ra dao động điện từ điều hòa tự do.

Tất nhiên, một mạch dao động thực không chỉ bao gồm điện dung C và độ tự cảm L, mà còn có các dây nối, chắc chắn có điện trở hoạt động R, nhưng chúng ta hãy để điện trở ra khỏi phạm vi bài viết này, bạn có thể tìm hiểu về nó trong phần về hệ số chất lượng của hệ thống rung. Vì vậy, chúng tôi xem xét một mạch dao động lý tưởng và bắt đầu với một tụ điện.

Giả sử có một tụ điện hoàn hảo. Chúng ta hãy sạc nó từ pin đến điện áp U0, tức là tạo ra một hiệu điện thế U0 giữa các bản của nó sao cho nó trở thành "+" ở bản trên và "-" ở bản dưới, như thường được chỉ ra.

Nó có nghĩa là gì? Điều này có nghĩa là với sự trợ giúp của một nguồn ngoại lực, chúng ta sẽ di chuyển một phần nhất định của điện tích âm Q0 (gồm các electron) từ bản trên của tụ điện sang bản dưới của nó. Kết quả là, một lượng điện tích âm dư thừa sẽ xuất hiện ở bản dưới cùng của tụ điện và bản trên cùng sẽ thiếu chính lượng điện tích âm đó, nghĩa là dư thừa điện tích dương. Rốt cuộc, ban đầu tụ điện không được tích điện, điều đó có nghĩa là điện tích cùng dấu trên cả hai bản của nó là tuyệt đối bằng nhau.

Vì thế, tụ điện tích điện, tấm trên tích điện dương (vì thiếu electron) so với tấm dưới và tấm dưới tích điện âm so với tấm trên. Về nguyên tắc, đối với các vật thể khác, tụ điện trung hòa về điện, nhưng bên trong chất điện môi của nó có một điện trường mà qua đó các điện tích trái dấu trên các bản đối diện tương tác với nhau, cụ thể là chúng có xu hướng hút nhau, nhưng bản chất của điện môi là , không cho phép điều này xảy ra. Lúc này năng lượng của tụ điện cực đại và bằng ECm.

Bây giờ chúng ta hãy lấy một cuộn cảm lý tưởng. Đường dẫn được làm bằng một sợi dây hoàn toàn không có điện trở, tức là nó có khả năng hoàn hảo để truyền điện tích mà không cản trở nó. Hãy mắc cuộn dây song song với tụ điện vừa được tích điện.

Chuyện gì sẽ xảy ra? Các điện tích trên các bản của tụ điện, như trước đây, tương tác, có xu hướng hút lẫn nhau, - các electron từ bản dưới có xu hướng quay trở lại bản trên, vì từ đó chúng bị lực kéo xuống dưới khi tụ điện được tích điện .Hệ thống điện tích có xu hướng trở lại trạng thái cân bằng điện, và sau đó một cuộn dây được gắn vào—một dây dẫn xoắn thành hình xoắn ốc có độ tự cảm (khả năng ngăn dòng điện bị thay đổi bởi từ trường khi dòng điện đó đi qua nó) !

Các electron từ tấm dưới lao qua dây của cuộn dây đến tấm trên của tụ điện (có thể nói rằng đồng thời điện tích dương lao xuống tấm dưới), nhưng chúng không thể trượt ngay vào đó.

Tại sao? Bởi vì cuộn dây có độ tự cảm, và các điện tử di chuyển qua nó đã là dòng điện, và bởi vì dòng điện có nghĩa là xung quanh nó phải có từ trường, vì vậy càng nhiều điện tử đi vào cuộn dây, dòng điện càng lớn và từ trường càng lớn xung quanh cuộn dây xuất hiện.

Khi tất cả các electron từ bản dưới cùng của tụ điện đã đi vào cuộn dây — dòng điện trong nó sẽ ở mức cực đại Im, từ trường xung quanh nó sẽ là lớn nhất mà lượng điện tích chuyển động này có thể tạo ra khi ở trong dây dẫn của nó. Tại thời điểm này, tụ điện được phóng điện hoàn toàn, năng lượng của điện trường trong chất điện môi giữa các bản của nó bằng 0 EC0, nhưng tất cả năng lượng này hiện được chứa trong từ trường của cuộn dây ELm.

Và sau đó, từ trường của cuộn dây bắt đầu giảm vì không có gì hỗ trợ nó, bởi vì không có thêm electron nào chạy vào và ra khỏi cuộn dây, không có dòng điện và từ trường biến mất xung quanh cuộn dây tạo ra điện trường xoáy trong dây của nó đẩy các electron đi xa hơn đến bản tụ điện trên cùng, nơi chúng rất háo hức.Và tại thời điểm khi tất cả các electron ở bản trên của tụ điện, từ trường của cuộn dây trở nên bằng không EL0. Và bây giờ tụ điện được tích điện theo hướng ngược lại với hướng được tích điện lúc đầu.

Bản trên của tụ điện lúc này tích điện âm và bản dưới tích điện dương. Cuộn dây vẫn được kết nối, dây của nó vẫn cung cấp đường dẫn tự do cho các electron chạy qua, nhưng sự khác biệt tiềm năng giữa các bản của tụ điện một lần nữa được nhận ra, mặc dù trái dấu với ban đầu.

Và các electron lại lao vào cuộn dây, dòng điện trở nên cực đại, nhưng vì bây giờ nó được hướng theo hướng ngược lại, nên từ trường được tạo ra theo hướng ngược lại và khi tất cả các electron quay trở lại cuộn dây (khi chúng di chuyển xuống) , từ trường không còn tích tụ nữa, lúc này nó bắt đầu giảm và các electron bị đẩy ra xa hơn - xuống bản dưới của tụ điện.

Và tại thời điểm từ trường của cuộn dây trở nên bằng 0, nó biến mất hoàn toàn - bản trên của tụ điện lại được tích điện dương so với bản dưới. Tình trạng của tụ điện tương tự như lúc đầu. Xảy ra hết một chu kỳ của một dao động. Vân vân và vân vân .. Chu kỳ của những dao động này, phụ thuộc vào độ tự cảm của cuộn dây và điện dung của tụ điện, có thể được tính theo công thức Thomson: