Circuito oscillatore

Condensatore e bobina perfetti. Come avvengono le oscillazioni, dove si muovono gli elettroni quando il campo magnetico della bobina aumenta e scompare.

Un circuito oscillante è un circuito elettrico chiuso costituito da una bobina e un condensatore. Indichiamo l'induttanza della bobina con la lettera L e la capacità elettrica del condensatore con la lettera C. Un circuito oscillatorio è il più semplice dei sistemi elettrici in cui possono verificarsi oscillazioni elettromagnetiche armoniche libere.

Certo, un vero circuito oscillante include sempre non solo una capacità C e un'induttanza L, ma anche fili di collegamento, che hanno sicuramente una resistenza attiva R, ma lasciamo la resistenza fuori dallo scopo di questo articolo, puoi saperne di più nella sezione sul fattore qualità del sistema vibrante. Quindi, consideriamo un circuito oscillatore ideale e iniziamo con un condensatore.

Diciamo che c'è un condensatore perfetto. Carichiamolo dalla batteria ad una tensione U0, cioè creiamo una differenza di potenziale U0 tra le sue armature in modo che diventi "+" sulla piastra superiore e "-" su quella inferiore, come di solito viene indicato.

Cosa significa? Ciò significa che con l'aiuto di una fonte di forze esterne, sposteremo una certa parte della carica negativa Q0 (costituita da elettroni) dalla piastra superiore del condensatore alla sua piastra inferiore. Di conseguenza, sulla piastra inferiore del condensatore apparirà un eccesso di carica negativa e sulla piastra superiore mancherà esattamente quella quantità di carica negativa, il che significa un eccesso di carica positiva. Dopotutto, inizialmente il condensatore non era carico, il che significa che la carica dello stesso segno su entrambe le sue piastre era assolutamente uguale.

COSÌ, condensatore carico, la piastra superiore è caricata positivamente (perché mancano gli elettroni) rispetto alla piastra inferiore, e la piastra inferiore è caricata negativamente rispetto a quella superiore. In linea di principio, per altri oggetti, il condensatore è elettricamente neutro, ma all'interno del suo dielettrico esiste un campo elettrico attraverso il quale interagiscono le cariche opposte sulle armature opposte, cioè tendono ad attrarsi, ma il dielettrico, per sua stessa natura , non consente che ciò accada. In questo momento, l'energia del condensatore è massima ed è pari a ECm.

Prendiamo ora un induttore ideale. Il percorso è costituito da un filo che non ha alcuna resistenza elettrica, cioè ha la perfetta capacità di far passare una carica elettrica senza interferire con essa. Colleghiamo la bobina in parallelo con il condensatore appena caricato.

Cosa accadrà? Le cariche sulle piastre del condensatore, come prima, interagiscono, tendono ad attrarsi a vicenda, - gli elettroni dalla piastra inferiore tendono a tornare in alto, perché da lì sono stati trascinati con forza in basso quando il condensatore è stato caricato .Il sistema di cariche tende a tornare a uno stato di equilibrio elettrico, quindi viene attaccata una bobina, un filo attorcigliato a spirale che ha induttanza (la capacità di impedire che la corrente venga modificata da un campo magnetico quando quella corrente lo attraversa) !

Gli elettroni dalla piastra inferiore si precipitano attraverso il filo della bobina alla piastra superiore del condensatore (si può dire che allo stesso tempo la carica positiva si precipita alla piastra inferiore), ma non possono scivolare immediatamente lì.

Perché? Perché la bobina ha induttanza, e gli elettroni che si muovono attraverso di essa sono già correnti, e perché la corrente significa che deve esserci un campo magnetico attorno ad essa.Quindi più elettroni entrano nella bobina, maggiore diventa la corrente e più grande è il campo magnetico appare intorno alla bobina.

Quando tutti gli elettroni dalla piastra inferiore del condensatore sono entrati nella bobina - la corrente in essa sarà al suo massimo Im, il campo magnetico attorno ad essa sarà il massimo che questa quantità di carica in movimento può creare mentre si trova nel suo conduttore. A questo punto il condensatore è completamente scarico, l'energia del campo elettrico nel dielettrico tra le sue armature è uguale a zero EC0, ma tutta questa energia è ora contenuta nel campo magnetico della bobina ELm.

E poi il campo magnetico della bobina inizia a diminuire perché non c'è nulla che lo sostenga, perché non ci sono più elettroni che entrano ed escono dalla bobina, non c'è corrente e il campo magnetico che scompare attorno alla bobina genera un campo elettrico vorticoso nel suo filo che spinge ulteriormente gli elettroni verso il condensatore a piastre superiore dove erano così ansiosi.E nel momento in cui tutti gli elettroni erano sulla piastra superiore del condensatore, il campo magnetico della bobina è diventato uguale a zero EL0. E ora il condensatore viene caricato nella direzione opposta a quella che è stata caricata all'inizio.

La piastra superiore del condensatore è ora caricata negativamente e la piastra inferiore è caricata positivamente. La bobina è ancora collegata, il suo filo fornisce ancora un percorso libero per il flusso degli elettroni, ma la differenza di potenziale tra le armature del condensatore si realizza nuovamente, sebbene di segno opposto all'originale.

E gli elettroni si precipitano di nuovo nella bobina, la corrente diventa massima, ma poiché ora è diretta nella direzione opposta, il campo magnetico viene creato nella direzione opposta e quando tutti gli elettroni tornano alla bobina (mentre si spostano verso il basso) , il campo magnetico non si accumula più, ora inizia a diminuire e gli elettroni vengono spinti ulteriormente - verso la piastra inferiore del condensatore.

E nel momento in cui il campo magnetico della bobina è diventato uguale a zero, è scomparso completamente, - la piastra superiore del condensatore è di nuovo caricata positivamente rispetto a quella inferiore. La condizione del condensatore è simile a quella che era all'inizio. Si è verificato un ciclo completo di un'oscillazione. E così via e così via .. Il periodo di queste oscillazioni, in funzione dell'induttanza della bobina e della capacità del condensatore, può essere trovato dalla formula di Thomson: