circuito oscilador

Condensador y bobina perfectos. Cómo se producen las oscilaciones, dónde se mueven los electrones cuando el campo magnético de la bobina aumenta y desaparece.

Un circuito oscilante es un circuito eléctrico cerrado que consta de una bobina y un condensador. Denotemos la inductancia de la bobina con la letra L y la capacidad eléctrica del capacitor con la letra C. Un circuito oscilatorio es el más simple de los sistemas eléctricos en el que pueden ocurrir oscilaciones electromagnéticas armónicas libres.

Por supuesto, un circuito oscilante real siempre incluye no solo una capacitancia C y una inductancia L, sino también cables de conexión, que ciertamente tienen una resistencia activa R, pero dejemos la resistencia fuera del alcance de este artículo, puede aprender sobre ella. en el apartado del factor de calidad del sistema vibratorio. Entonces, consideramos un circuito oscilador ideal y comenzamos con un capacitor.

Digamos que hay un capacitor perfecto. Carguémoslo desde la batería a un voltaje U0, es decir, creemos una diferencia de potencial U0 entre sus placas para que se convierta en "+" en la placa superior y "-" en la placa inferior, como se suele indicar.

¿Qué significa? Esto significa que con la ayuda de una fuente de fuerzas externas, moveremos una cierta parte de la carga negativa Q0 (que consiste en electrones) desde la placa superior del condensador hasta su placa inferior. Como resultado, aparecerá un exceso de carga negativa en la placa inferior del capacitor, y la placa superior carecerá exactamente de esa cantidad de carga negativa, lo que significa un exceso de carga positiva. Después de todo, inicialmente el capacitor no estaba cargado, lo que significa que la carga del mismo signo en ambas placas era absolutamente igual.

Entonces, condensador cargado, la placa superior tiene carga positiva (porque faltan electrones) en relación con la placa inferior, y la placa inferior tiene carga negativa en relación con la superior. En principio, para otros objetos, el capacitor es eléctricamente neutro, pero dentro de su dieléctrico hay un campo eléctrico a través del cual interactúan las cargas opuestas en las placas opuestas, es decir, tienden a atraerse entre sí, pero el dieléctrico, por su propia naturaleza. , no permite que esto suceda. En este momento, la energía del capacitor es máxima y es igual a ECm.

Ahora tomemos un inductor ideal. El camino está hecho de un cable que no tiene resistencia eléctrica en absoluto, es decir, tiene la capacidad perfecta para pasar una carga eléctrica sin interferir con ella. Conectemos la bobina en paralelo con el capacitor recién cargado.

¿Lo que sucederá? Las cargas en las placas del capacitor, como antes, interactúan, tienden a atraerse entre sí: los electrones de la placa inferior tienden a regresar a la superior, porque desde allí fueron arrastrados por la fuerza hacia la inferior cuando el capacitor estaba cargado. .El sistema de cargas tiende a volver a un estado de equilibrio eléctrico, y luego se conecta una bobina: un cable retorcido en espiral que tiene inductancia (la capacidad de evitar que un campo magnético cambie la corriente cuando pasa a través de él) !

Los electrones de la placa inferior corren a través del cable de la bobina hacia la placa superior del capacitor (podemos decir que al mismo tiempo la carga positiva corre hacia la placa inferior), pero no pueden deslizarse allí de inmediato.

¿Por qué? Debido a que la bobina tiene inductancia, y los electrones que se mueven a través de ella ya son corrientes, y debido a que la corriente significa que debe haber un campo magnético a su alrededor, entonces, cuantos más electrones ingresen a la bobina, mayor será la corriente y mayor será el campo magnético. alrededor de la bobina aparece.

Cuando todos los electrones de la placa inferior del condensador hayan entrado en la bobina, la corriente en ella estará en su máximo Im, el campo magnético a su alrededor será el mayor que esta cantidad de carga en movimiento puede crear mientras está en su conductor. En este punto, el capacitor está completamente descargado, la energía del campo eléctrico en el dieléctrico entre sus placas es igual a cero EC0, pero toda esta energía ahora está contenida en el campo magnético de la bobina ELm.

Y luego el campo magnético de la bobina comienza a disminuir porque no hay nada que lo sostenga, porque no entran y salen más electrones de la bobina, no hay corriente y el campo magnético que desaparece alrededor de la bobina genera un campo eléctrico de remolino. en su cable que empuja a los electrones más hacia el capacitor de la placa superior donde estaban tan ansiosos.Y en el momento en que todos los electrones estaban en la placa superior del condensador, el campo magnético de la bobina se hizo igual a cero EL0. Y ahora el capacitor está cargado en la dirección opuesta a la que estaba cargada al principio.

La placa superior del capacitor ahora está cargada negativamente y la placa inferior está cargada positivamente. La bobina todavía está conectada, su cable aún proporciona un camino libre para que fluyan los electrones, pero la diferencia de potencial entre las placas del capacitor se observa nuevamente, aunque de signo opuesto al original.

Y los electrones vuelven a precipitarse en la bobina, la corriente se vuelve máxima, pero como ahora está dirigida en la dirección opuesta, el campo magnético se crea en la dirección opuesta, y cuando todos los electrones regresan a la bobina (mientras se mueven hacia abajo) , el campo magnético ya no se acumula, ahora comienza a disminuir y los electrones son empujados más hacia la placa inferior del capacitor.

Y en el momento en que el campo magnético de la bobina se hizo igual a cero, desapareció por completo: la placa superior del condensador vuelve a estar cargada positivamente en relación con la inferior. El estado del condensador es similar al que tenía al principio. Se produjo un ciclo completo de una oscilación. Y así sucesivamente. El período de estas oscilaciones, dependiendo de la inductancia de la bobina y de la capacitancia del capacitor, se puede encontrar mediante la fórmula de Thomson: