Свободные электромагнитные колебания

Соединим обкладки заряженного конденсатора с проволочной катушкой (рис. 11.1, а).

Рис. 11.1

Конденсатор начнёт разряжаться, и через катушку пойдет электрический ток. Из-за явления самоиндукции сила тока в катушке будет увеличиваться постепенно и достигнет максимума, когда конденсатор разрядится (рис. 11.1, б).

Однако вследствие самоиндукции ток будет продолжать идти ещё некоторое время в том же направлении, заряжая теперь конденсатор. Сила тока обратится на мгновение в нуль в тот момент, когда первоначальные заряды на обкладках конденсатора «поменяются местами», то есть конденсатор перезарядится (рис. 11.1, в).

1. Опишите явления, проиллюстрированные рисунками 11.1, г и д.

Рассмотренный процесс перезарядки конденсатора через катушку периодически повторяется. При этом периодически изменяются значения электрического заряда конденсатора и напряжения на нём, а также силы тока в цепи.

Периодические изменения значения электрического заряда, силы тока и напряжения в цепи называют электромагнитными колебаниями.

Конденсатор, соединённый с катушкой, называют колебательным контуром. Как мы увидим, если можно пренебречь потерями энергии, то электромагнитные колебания в колебательном контуре будут незатухающими и гармоническими.

2. Объясните, почему промежуток времени, разделяющий состояния колебательного контура, изображённые на рисунках 11.1, а и д, равен одному периоду колебаний.

Как наблюдают электромагнитные колебания

Наблюдать электромагнитные колебания сложнее, чем механические: мы видим смещение и движение груза, а ни заряд конденсатора, ни ток в катушке непосредственно не видны.

Колебания напряжения на конденсаторе и силы тока в катушке нельзя измерить с помощью вольтметра и амперметра, потому что обычно частота этих колебаний настолько велика, что, например, стрелка амперметра вследствие инерции не будет «поспевать» за изменениями силы тока.

Для изучения электромагнитных колебаний используют специальный прибор — осциллограф (рис. 11.2).

Рис. 11.2

На экране осциллографа можно наблюдать зависимость от времени напряжения на конденсаторе колебательного контура подобно тому, как мы наблюдали зависимость смещения от времени с помощью «песочного маятника» (§ 9).