Главная >> Физика. 11 класс. Пурышева

Глава 3. Электромагнитные колебания и волны

§ 20. Свободные электромагнитные колебания

Колебательный контур

1. Как вы уже знаете, колебания — самый распространённый вид движения в природе. Ранее были рассмотрены колебания, происходящие в механических колебательных системах. Колебания могут происходить и в электромагнитных колебательных системах. Простейшей такой системой является колебательный контур.

Колебательный контур представляет собой устройство, состоящее из соединённых конденсатора и катушки. Считают, что у идеального колебательного контура только катушка обладает индуктивностью и только конденсатор имеет электрическую ёмкость. Также полагают, что сопротивление соединительных проводов и обмотки катушки мало, и им пренебрегают.

Для того чтобы в колебательном контуре возникли колебания, сначала конденсатор заряжают, соединив с источником постоянного тока (рис. 75; переключатель в положении 1). На пластинах конденсатора появится заряд и между ними возникнет разность потенциалов. Затем конденсатор замыкают на катушку (переключатель в положении 2). Если бы конденсатор замкнули на линейный проводник, то его разрядка произошла бы практически мгновенно. В случае соединения конденсатора с катушкой для его разрядки понадобится некоторое время.

Рассмотрим подробнее процесс, происходящий в колебательном контуре. В момент времени t = 0 конденсатор заряжен (рис. 76, а). При замыкании цепи (см. рис. 75; переключатель в положении 2) благодаря разности потенциалов между пластинами конденсатор начнёт разряжаться и в цепи появится электрический ток. При возрастании силы тока в цепи вследствие явления самоиндукции возникает ток самоиндукции, направленный против тока в цепи. Поэтому конденсатор будет разряжаться постепенно, и в момент времени t = Т/4 разрядится полностью, а сила тока в катушке станет максимальной (рис. 76, б).

Затем начнётся перезарядка конденсатора, сила тока будет уменьшаться, но постепенно, поскольку при уменьшении силы тока в цепи возникающий ток самоиндукции будет направлен так же, как и ток в цепи. В момент времени t = Т/2 конденсатор полностью перезарядится и ток в катушке станет равным нулю (рис. 76, в).

После этого начнётся обратный процесс перезарядки конденсатора. В момент времени t = 3Т/4 конденсатор окажется полностью разряженным, а сила тока в катушке будет максимальной, но направление тока будет противоположным тому, которое существовало в первой половине периода (рис. 76, г). В момент времени t = Т заряд на пластинах будет таким же, как и в момент времени t = 0, а ток в катушке будет отсутствовать (рис. 76, б). Затем процесс полностью повторится.

Таким образом, в колебательном контуре будут существовать электромагнитные колебания. При этом будут периодически изменяться заряд конденсатора, а следовательно, и напряжённость электрического поля конденсатора, сила тока в катушке, а следовательно, и индукция магнитного поля.

Электромагнитными колебаниями называют периодическое изменение заряда конденсатора, силы тока в катушке, напряжённости электрического и индукции магнитного полей.

Рассмотренные колебания являются свободными, они происходят благодаря разности потенциалов на обкладках конденсатора, которая играет роль внутренней силы. Колебательная система имеет состояние равновесия (состояние, когда сила тока в катушке максимальна) и обладает инертностью, проявляющейся в том, что сила тока в цепи возрастает и убывает постепенно. Поскольку контур идеальный, колебания в нём не затухают.

Продолжение >>>