Осцилаторно коло

Савршен кондензатор и калем. Како настају осцилације, где се електрони крећу када се магнетно поље завојнице повећава и нестаје.

Осцилационо коло је затворено електрично коло које се састоји од завојнице и кондензатора. Означимо индуктивност намотаја словом Л, а електрични капацитет кондензатора словом Ц. Осцилаторно коло је најједноставнији електрични систем у коме се могу јавити слободне хармонијске електромагнетне осцилације.

Наравно, право осцилирајуће коло увек укључује не само капацитивност Ц и индуктивност Л, већ и спојне жице, које свакако имају активни отпор Р, али оставимо отпор ван оквира овог чланка, о томе можете сазнати у делу о фактору квалитета вибрационог система. Дакле, сматрамо идеално коло осцилатора и почињемо са кондензатором.

Рецимо да постоји савршен кондензатор. Напунимо га из батерије на напон У0, односно направимо разлику потенцијала У0 између његових плоча тако да на горњој плочи постане "+", а на доњој "-", како се обично означава.

Шта то значи? То значи да ћемо уз помоћ извора спољашњих сила померити одређени део негативног наелектрисања К0 (који се састоји од електрона) са горње плоче кондензатора на његову доњу плочу. Као резултат, вишак негативног наелектрисања ће се појавити на доњој плочи кондензатора, а горњој плочи ће недостајати управо та количина негативног наелектрисања, што значи вишак позитивног наелектрисања. На крају крајева, у почетку кондензатор није био напуњен, што значи да је наелектрисање истог знака на обе његове плоче било апсолутно једнако.

Тако, напуњен кондензатор, горња плоча је позитивно наелектрисана (јер недостају електрони) у односу на доњу плочу, а доња је негативно наелектрисана у односу на горњу. У принципу, за друге објекте, кондензатор је електрично неутралан, али унутар његовог диелектрика постоји електрично поље кроз које међусобно делују супротна наелектрисања на супротним плочама, наиме, теже да се привлаче, али диелектрик по својој природи , не дозвољава да се то догоди. У овом тренутку енергија кондензатора је максимална и једнака је ЕЦм.

Узмимо сада идеалан индуктор. Пут је направљен од жице која уопште нема електрични отпор, односно има савршену способност да прође електрични набој без ометања. Повежимо калем паралелно са новонапуњеним кондензатором.

Шта ће се десити? Наелектрисања на плочама кондензатора, као и раније, међусобно делују, теже да се привлаче, — електрони са доње плоче имају тенденцију да се врате у горњу, јер су одатле силом вучени у доњу када је кондензатор био напуњен. .Систем наелектрисања има тенденцију да се врати у стање електричне равнотеже, а затим је причвршћен завојница — жица увијена у спиралу која има индуктивност (способност да спречи да се струја промени магнетним пољем када та струја прође кроз њу) !

Електрони са доње плоче јуре кроз жицу завојнице до горње плоче кондензатора (можемо рећи да истовремено позитивно наелектрисање јури на доњу плочу), али не могу одмах да клизе тамо.

Зашто? Зато што калем има индуктивност, а електрони који се крећу кроз њега су већ струје, и зато што струја значи да око њега мора постојати магнетно поље. Дакле, што више електрона улази у завојницу, струја постаје већа и што је веће магнетно поље око завојнице се појављује.

Када сви електрони са доње плоче кондензатора уђу у калем — струја у њему ће бити највећа Им, магнетно поље око њега биће највеће које ова количина покретног наелектрисања може да створи док је у његовом проводнику. У овом тренутку, кондензатор је потпуно испражњен, енергија електричног поља у диелектрику између његових плоча једнака је нули ЕЦ0, али је сва ова енергија сада садржана у магнетном пољу завојнице ЕЛм.

А онда магнетно поље завојнице почиње да се смањује јер нема ничега што би га подржало, јер више електрони не улазе и излазе из завојнице, нема струје, а магнетно поље које нестаје око завојнице ствара вртложно електрично поље у својој жици која гура електроне даље до горњег плочастог кондензатора где су били тако жељни.И у тренутку када су сви електрони били на горњој плочи кондензатора, магнетно поље завојнице постало је једнако нули ЕЛ0. И сада је кондензатор напуњен у супротном смеру од онога који је био напуњен на самом почетку.

Горња плоча кондензатора је сада негативно наелектрисана, а доња је позитивно наелектрисана. Завојница је и даље повезана, његова жица и даље пружа слободан пут за проток електрона, али се потенцијална разлика између плоча кондензатора поново остварује, иако супротна по предзнаку од оригинала.

И електрони поново јуре у завојницу, струја постаје максимална, али пошто је сада усмерена у супротном смеру, магнетно поље се ствара у супротном смеру, а када се сви електрони врате у завојницу (док се крећу према доле) , магнетно поље се више не акумулира, сада почиње да се смањује, а електрони се гурају даље - до доње плоче кондензатора.

И у тренутку када је магнетно поље завојнице постало једнако нули, потпуно је нестало, — горња плоча кондензатора је поново позитивно наелектрисана у односу на доњу. Стање кондензатора је слично ономе што је било на почетку. Наступио је пун циклус једне осцилације. И тако даље и тако даље.. Период ових осцилација, у зависности од индуктивности завојнице и од капацитивности кондензатора, може се наћи Томсоновом формулом: