מעגל מתנד
קבל וסליל מושלם. כיצד מתרחשות התנודות, היכן נעים האלקטרונים כאשר השדה המגנטי של הסליל גדל ונעלם.
מעגל מתנודד הוא מעגל חשמלי סגור המורכב מסליל וקבל. הבה נסמן את השראות הסליל באות L, ואת הקיבולת החשמלית של הקבל באות C. מעגל תנודות הוא המערכות החשמליות הפשוטות ביותר שבהן יכולות להתרחש תנודות אלקטרומגנטיות הרמוניות חופשיות.
כמובן שמעגל נדנוד אמיתי כולל תמיד לא רק קיבול C והשראות L, אלא גם חוטי חיבור, שבהחלט יש להם התנגדות אקטיבית R, אבל בוא נשאיר את ההתנגדות מחוץ לתחום המאמר הזה, אתה יכול ללמוד על זה בסעיף על גורם האיכות של המערכת הרוטטת. אז, אנו רואים מעגל מתנד אידיאלי ומתחילים עם קבל.
נניח שיש קבל מושלם. הבה נטען אותו מהסוללה למתח U0, כלומר, ניצור הפרש פוטנציאל U0 בין הלוחות שלו כך שהוא יהפוך ל-"+" בלוח העליון ו-"-" בתחתון, כפי שמצוין בדרך כלל.
מה זה אומר? המשמעות היא שבעזרת מקור כוחות חיצוניים נעביר חלק מסוים מהמטען השלילי Q0 (המורכב מאלקטרונים) מהלוח העליון של הקבל ללוח התחתון שלו. כתוצאה מכך, עודף של מטען שלילי יופיע על הצלחת התחתונה של הקבל, וללוח העליון יהיה חסר בדיוק את כמות המטען השלילי, כלומר עודף של מטען חיובי. אחרי הכל, בתחילה הקבל לא היה טעון, מה שאומר שהטעינה של אותו סימן על שני הלוחות שלו היה שווה לחלוטין.
כך, קבל טעון, הלוח העליון טעון חיובי (מכיוון שחסרים אלקטרונים) ביחס ללוח התחתונה, והלוח התחתונה טעון שלילי ביחס לחלק העליון. באופן עקרוני, עבור עצמים אחרים, הקבל הוא נייטרלי מבחינה חשמלית, אבל בתוך הדיאלקטרי שלו יש שדה חשמלי שדרכו המטענים ההפוכים על הלוחות הנגדיים מתקשרים, כלומר, הם נוטים למשוך זה את זה, אבל הדיאלקטרי, מעצם טבעו , לא מאפשר לזה לקרות. ברגע זה, האנרגיה של הקבל היא מקסימלית ושווה ל-ECm.
כעת ניקח משרן אידיאלי. השביל עשוי מחוט שאין לו התנגדות חשמלית כלל, כלומר יש לו את היכולת המושלמת להעביר מטען חשמלי מבלי להפריע לו. בואו נחבר את הסליל במקביל לקבל החדש שנטען.
מה יקרה? המטענים על הלוחות של הקבל, כמו קודם, מקיימים אינטראקציה, נוטים למשוך זה את זה, - האלקטרונים מהלוח התחתון נוטים לחזור לחלק העליון, כי משם הם נגררו בכוח לתחתון כאשר הקבל נטען .מערכת המטענים נוטה לחזור למצב של שיווי משקל חשמלי, ואז מחובר סליל - חוט מפותל לתוך ספירלה שיש לה השראות (היכולת למנוע את שינוי הזרם על ידי שדה מגנטי כאשר זרם זה עובר דרכה) !
אלקטרונים מהלוח התחתונה ממהרים דרך חוט הסליל אל הצלחת העליונה של הקבל (אנו יכולים לומר שבמקביל המטען החיובי ממהר אל הצלחת התחתונה), אך הם לא יכולים להחליק מיד לשם.
למה? בגלל שלסליל יש השראות, והאלקטרונים הנעים דרכו הם כבר זרמים, ובגלל שהזרם אומר שחייב להיות שדה מגנטי סביבו. אז ככל שיותר אלקטרונים נכנסים לסליל, הזרם גדל והשדה המגנטי גדול יותר. מופיע סביב הסליל.
כאשר כל האלקטרונים מהלוח התחתונה של הקבל נכנסו לסליל - הזרם בו יהיה ב-Im המקסימלי שלו, השדה המגנטי סביבו יהיה הגדול ביותר שכמות המטען הנעה הזו יכולה ליצור בזמן שהוא נמצא במוליך. בשלב זה, הקבל פרוק לחלוטין, האנרגיה של השדה החשמלי בדיאלקטרי בין הלוחות שלו שווה לאפס EC0, אך כל האנרגיה הזו כלולה כעת בשדה המגנטי של הסליל ELm.
ואז השדה המגנטי של הסליל מתחיל לרדת כי אין שום דבר שתומך בו, כי לא זורמים יותר אלקטרונים מהסליל, אין זרם, והשדה המגנטי הנעלם מסביב לסליל מייצר שדה חשמלי מערבולת בחוט שלו שדוחף את האלקטרונים הלאה אל קבל הלוח העליון שבו הם היו כל כך להוטים.וברגע שבו כל האלקטרונים היו על הצלחת העליונה של הקבל, השדה המגנטי של הסליל נעשה שווה לאפס EL0. ועכשיו הקבל נטען בכיוון ההפוך לזה שנטען בהתחלה.
הלוח העליון של הקבל כעת טעון שלילי והלוח התחתונה טעון חיובי. הסליל עדיין מחובר, החוט שלו עדיין מספק נתיב חופשי לזרימת אלקטרונים, אבל ההבדל הפוטנציאלי בין הלוחות של הקבל מתממש שוב, אם כי הפוך בסימן למקור.
והאלקטרונים שוב ממהרים לתוך הסליל, הזרם הופך למקסימלי, אך מכיוון שכעת הוא מכוון לכיוון ההפוך, השדה המגנטי נוצר בכיוון ההפוך, וכאשר כל האלקטרונים חוזרים לסליל (כאשר הם נעים למטה) , השדה המגנטי כבר לא מצטבר, עכשיו הוא מתחיל לרדת, והאלקטרונים נדחפים הלאה - לצלחת התחתונה של הקבל.
וברגע שבו השדה המגנטי של הסליל הפך שווה לאפס, הוא נעלם לחלוטין, - הלוח העליון של הקבל שוב טעון חיובי ביחס לתחתון. מצב הקבל דומה למה שהיה בהתחלה. התרחש מחזור שלם של תנודה אחת. וכן הלאה וכן הלאה.. את תקופת התנודות הללו, תלוי בהשראות הסליל ובקיבול של הקבל, ניתן למצוא בנוסחה של תומסון:
