Circuit oscillateur

Condensateur et bobine parfaits. Comment se produisent les oscillations, où les électrons se déplacent lorsque le champ magnétique de la bobine augmente et disparaît.

Un circuit oscillant est un circuit électrique fermé composé d'une bobine et d'un condensateur. Désignons l'inductance de la bobine par la lettre L et la capacité électrique du condensateur par la lettre C. Un circuit oscillant est le plus simple des systèmes électriques dans lequel des oscillations électromagnétiques harmoniques libres peuvent se produire.

Bien sûr, un vrai circuit oscillant comprend toujours non seulement une capacité C et une inductance L, mais aussi des fils de liaison, qui ont certes une résistance active R, mais laissons la résistance hors du cadre de cet article, vous pourrez vous renseigner dessus dans la section sur le facteur de qualité du système vibrant. Donc, nous considérons un circuit oscillateur idéal et commençons avec un condensateur.

Disons qu'il y a un condensateur parfait. Chargeons-le de la batterie à une tension U0, c'est-à-dire créons une différence de potentiel U0 entre ses plaques pour qu'elle devienne "+" sur la plaque supérieure et "-" sur la plaque inférieure, comme cela est généralement indiqué.

Qu'est-ce que ça veut dire? Cela signifie qu'à l'aide d'une source de forces externes, nous déplacerons une certaine partie de la charge négative Q0 (constituée d'électrons) de la plaque supérieure du condensateur vers sa plaque inférieure. En conséquence, un excès de charge négative apparaîtra sur la plaque inférieure du condensateur, et la plaque supérieure manquera exactement de cette quantité de charge négative, ce qui signifie un excès de charge positive. Après tout, au départ, le condensateur n'était pas chargé, ce qui signifie que la charge du même signe sur ses deux plaques était absolument égale.

Donc, condensateur chargé, la plaque supérieure est chargée positivement (parce qu'il manque des électrons) par rapport à la plaque inférieure, et la plaque inférieure est chargée négativement par rapport à la supérieure. En principe, pour d'autres objets, le condensateur est électriquement neutre, mais à l'intérieur de son diélectrique, il existe un champ électrique à travers lequel les charges opposées sur les plaques opposées interagissent, à savoir qu'elles ont tendance à s'attirer, mais le diélectrique, de par sa nature même , ne permet pas que cela se produise. A ce moment, l'énergie du condensateur est maximale et est égale à ECm.

Prenons maintenant une inductance idéale. Le chemin est constitué d'un fil qui n'a aucune résistance électrique, c'est-à-dire qu'il a la capacité parfaite de transmettre une charge électrique sans l'interférer. Connectons la bobine en parallèle avec le condensateur nouvellement chargé.

Que va-t-il se passer ? Les charges sur les plaques du condensateur, comme auparavant, interagissent, ont tendance à s'attirer, - les électrons de la plaque inférieure ont tendance à retourner vers le haut, car de là, ils ont été entraînés par la force vers le bas lorsque le condensateur a été chargé .Le système de charges a tendance à revenir à un état d'équilibre électrique, puis une bobine est attachée - un fil torsadé en une spirale qui a une inductance (la capacité d'empêcher le courant d'être modifié par un champ magnétique lorsque ce courant le traverse) !

Les électrons de la plaque inférieure se précipitent à travers le fil de la bobine vers la plaque supérieure du condensateur (on peut dire qu'en même temps la charge positive se précipite vers la plaque inférieure), mais ils ne peuvent pas y glisser immédiatement.

Pourquoi? Parce que la bobine a une inductance et que les électrons qui la traversent sont déjà des courants, et parce que le courant signifie qu'il doit y avoir un champ magnétique autour d'elle.Ainsi, plus il y a d'électrons dans la bobine, plus le courant devient important et plus le champ magnétique est grand. autour de la bobine apparaît.

Lorsque tous les électrons de la plaque inférieure du condensateur sont entrés dans la bobine - le courant dans celle-ci sera à son maximum Im, le champ magnétique autour de lui sera le plus grand que cette quantité de charge mobile puisse créer dans son conducteur. A ce stade, le condensateur est complètement déchargé, l'énergie du champ électrique dans le diélectrique entre ses armatures est égale à zéro EC0, mais toute cette énergie est maintenant contenue dans le champ magnétique de la bobine ELm.

Et puis le champ magnétique de la bobine commence à diminuer parce qu'il n'y a rien pour le supporter, parce qu'il n'y a plus d'électrons qui entrent et sortent de la bobine, il n'y a pas de courant, et le champ magnétique qui disparaît autour de la bobine génère un champ électrique de Foucault dans son fil qui pousse les électrons plus loin vers le condensateur de la plaque supérieure où ils étaient si avides.Et au moment où tous les électrons étaient sur la plaque supérieure du condensateur, le champ magnétique de la bobine est devenu égal à zéro EL0. Et maintenant, le condensateur est chargé dans le sens opposé à celui qui était chargé au tout début.

La plaque supérieure du condensateur est maintenant chargée négativement et la plaque inférieure est chargée positivement. La bobine est toujours connectée, son fil fournissant toujours un libre chemin pour que les électrons circulent, mais la différence de potentiel entre les plaques du condensateur est à nouveau réalisée, bien que de signe opposé à l'original.

Et les électrons se précipitent à nouveau dans la bobine, le courant devient maximal, mais comme il est maintenant dirigé dans le sens opposé, le champ magnétique est créé dans le sens opposé, et lorsque tous les électrons reviennent dans la bobine (lorsqu'ils descendent) , le champ magnétique ne s'accumule plus, maintenant il commence à diminuer et les électrons sont poussés plus loin - vers la plaque inférieure du condensateur.

Et au moment où le champ magnétique de la bobine est devenu égal à zéro, il a complètement disparu, — la plaque supérieure du condensateur est à nouveau chargée positivement par rapport à la plaque inférieure. L'état du condensateur est similaire à ce qu'il était au début. Un cycle complet d'une oscillation s'est produit. Et ainsi de suite et ainsi de suite.. La période de ces oscillations, dépendant de l'inductance de la bobine et de la capacité du condensateur, peut être trouvée par la formule de Thomson :