Rangkaian osilator

Kapasitor dan koil yang sempurna. Bagaimana osilasi terjadi, dimana elektron bergerak ketika medan magnet kumparan meningkat dan menghilang.

Rangkaian osilasi adalah rangkaian listrik tertutup yang terdiri dari kumparan dan kapasitor. Mari kita tunjukkan induktansi kumparan dengan huruf L, dan kapasitas listrik kapasitor dengan huruf C. Rangkaian osilasi adalah sistem kelistrikan paling sederhana di mana osilasi elektromagnetik harmonik bebas dapat terjadi.

Tentu saja, rangkaian osilasi nyata selalu mencakup tidak hanya kapasitansi C dan induktansi L, tetapi juga kabel penghubung, yang tentunya memiliki resistansi aktif R, tetapi mari kita tinggalkan resistansi di luar cakupan artikel ini, Anda dapat mempelajarinya pada bagian faktor kualitas sistem getar. Jadi, kami mempertimbangkan rangkaian osilator yang ideal dan mulai dengan kapasitor.

Katakanlah ada kapasitor yang sempurna. Mari kita isi daya dari baterai ke tegangan U0, yaitu membuat beda potensial U0 di antara pelatnya sehingga menjadi "+" di pelat atas dan "-" di pelat bawah, seperti yang biasanya ditunjukkan.

Apa artinya? Ini berarti bahwa dengan bantuan sumber gaya eksternal, kita akan memindahkan bagian tertentu dari muatan negatif Q0 (terdiri dari elektron) dari pelat atas kapasitor ke pelat bawahnya. Akibatnya, kelebihan muatan negatif akan muncul di pelat bawah kapasitor, dan pelat atas akan kekurangan muatan negatif, yang berarti kelebihan muatan positif. Lagi pula, pada awalnya kapasitor tidak diisi, yang berarti muatan dengan tanda yang sama di kedua pelatnya benar-benar sama.

Jadi, kapasitor bermuatan, pelat atas bermuatan positif (karena elektron hilang) relatif terhadap pelat bawah, dan pelat bawah bermuatan negatif relatif terhadap pelat atas. Pada prinsipnya, untuk objek lain, kapasitor netral secara elektrik, tetapi di dalam dielektriknya terdapat medan listrik di mana muatan berlawanan pada pelat yang berlawanan berinteraksi, yaitu, mereka cenderung menarik satu sama lain, tetapi dielektrik, pada dasarnya. , tidak memungkinkan hal ini terjadi. Saat ini, energi kapasitor maksimum dan sama dengan ECm.

Sekarang mari kita ambil induktor yang ideal. Jalur tersebut terbuat dari kawat yang tidak memiliki hambatan listrik sama sekali, yaitu memiliki kemampuan sempurna untuk melewatkan muatan listrik tanpa mengganggunya. Mari sambungkan koil secara paralel dengan kapasitor yang baru diisi.

Apa yang akan terjadi? Muatan pada pelat kapasitor, seperti sebelumnya, berinteraksi, cenderung menarik satu sama lain - elektron dari pelat bawah cenderung kembali ke atas, karena dari sana mereka ditarik dengan paksa ke bawah ketika kapasitor diisi. .Sistem muatan cenderung kembali ke keadaan kesetimbangan listrik, dan kemudian sebuah kumparan dipasang—kawat yang dipelintir menjadi spiral yang memiliki induktansi (kemampuan untuk mencegah arus diubah oleh medan magnet ketika arus melewatinya) !

Elektron dari pelat bawah mengalir melalui kawat koil ke pelat atas kapasitor (kita dapat mengatakan bahwa pada saat yang sama muatan positif mengalir ke pelat bawah), tetapi mereka tidak dapat langsung meluncur ke sana.

Mengapa? Karena kumparan memiliki induktansi, dan elektron yang bergerak melaluinya sudah menjadi arus, dan karena arus berarti harus ada medan magnet di sekitarnya, maka semakin banyak elektron yang masuk ke kumparan, semakin besar arusnya, dan semakin besar medan magnetnya. sekitar kumparan muncul.

Ketika semua elektron dari pelat bawah kapasitor telah memasuki koil - arus di dalamnya akan berada pada Im maksimumnya, medan magnet di sekitarnya akan menjadi yang terbesar yang dapat dibuat oleh muatan bergerak ini saat berada di konduktornya. Pada titik ini, kapasitor benar-benar habis, energi medan listrik di dielektrik di antara pelatnya sama dengan nol EC0, tetapi semua energi ini sekarang terkandung dalam medan magnet kumparan ELm.

Dan kemudian medan magnet kumparan mulai berkurang karena tidak ada yang mendukungnya, karena tidak ada lagi elektron yang mengalir masuk dan keluar dari kumparan, tidak ada arus, dan medan magnet yang menghilang di sekitar kumparan menghasilkan medan listrik eddy di kabelnya yang mendorong elektron lebih jauh ke kapasitor pelat atas tempat mereka sangat bersemangat.Dan pada saat semua elektron berada di pelat atas kapasitor, medan magnet kumparan menjadi nol EL0. Dan sekarang kapasitor diisi dengan arah yang berlawanan dengan yang diisi di awal.

Pelat atas kapasitor sekarang bermuatan negatif dan pelat bawah bermuatan positif. Kumparan masih terhubung, kabelnya masih memberikan jalan bebas bagi elektron untuk mengalir, tetapi perbedaan potensial antara pelat kapasitor kembali terwujud, meskipun berlawanan tanda dengan aslinya.

Dan elektron kembali mengalir ke koil, arus menjadi maksimum, tetapi karena sekarang diarahkan ke arah yang berlawanan, medan magnet dibuat ke arah yang berlawanan, dan ketika semua elektron kembali ke koil (saat bergerak ke bawah) , medan magnet tidak lagi terakumulasi, sekarang mulai berkurang, dan elektron didorong lebih jauh - ke pelat bawah kapasitor.

Dan pada saat medan magnet kumparan menjadi sama dengan nol, kumparan itu menghilang sama sekali - pelat atas kapasitor kembali bermuatan positif relatif terhadap pelat bawah. Kondisi kapasitor mirip dengan keadaan awalnya. Satu siklus penuh dari satu osilasi terjadi. Dan seterusnya dan seterusnya .. Periode osilasi ini, tergantung pada induktansi koil dan kapasitansi kapasitor, dapat ditemukan dengan rumus Thomson: