circuito oscilador

Capacitor e bobina perfeitos. Como ocorrem as oscilações, onde os elétrons se movem quando o campo magnético da bobina aumenta e desaparece.

Um circuito oscilante é um circuito elétrico fechado que consiste em uma bobina e um capacitor. Vamos denotar a indutância da bobina pela letra L, e a capacidade elétrica do capacitor pela letra C. Um circuito oscilatório é o mais simples dos sistemas elétricos no qual podem ocorrer oscilações eletromagnéticas harmônicas livres.

Obviamente, um circuito oscilante real sempre inclui não apenas uma capacitância C e uma indutância L, mas também fios de conexão, que certamente possuem uma resistência ativa R, mas vamos deixar a resistência fora do escopo deste artigo, você pode aprender sobre isso na seção sobre o fator de qualidade do sistema vibratório. Então, consideramos um circuito oscilador ideal e começamos com um capacitor.

Digamos que existe um capacitor perfeito. Vamos carregá-lo da bateria para uma tensão U0, ou seja, criar uma diferença de potencial U0 entre suas placas para que fique "+" na placa superior e "-" na inferior, como geralmente é indicado.

O que isso significa? Isso significa que, com a ajuda de uma fonte de forças externas, moveremos uma certa parte da carga negativa Q0 (consistindo de elétrons) da placa superior do capacitor para a placa inferior. Como resultado, um excesso de carga negativa aparecerá na placa inferior do capacitor, e a placa superior não terá exatamente essa quantidade de carga negativa, significando um excesso de carga positiva. Afinal, inicialmente o capacitor não estava carregado, o que significa que a carga de mesmo sinal em ambas as placas era absolutamente igual.

Então, capacitor carregado, a placa superior é carregada positivamente (porque faltam elétrons) em relação à placa inferior, e a placa inferior é carregada negativamente em relação à placa superior. Em princípio, para outros objetos, o capacitor é eletricamente neutro, mas dentro do seu dielétrico existe um campo elétrico através do qual as cargas opostas nas placas opostas interagem, ou seja, tendem a se atrair, mas o dielétrico, por sua própria natureza , não permite que isso aconteça. Neste momento, a energia do capacitor é máxima e é igual a ECm.

Agora vamos pegar um indutor ideal. O caminho é feito de um fio que não tem resistência elétrica nenhuma, ou seja, tem a capacidade perfeita de passar uma carga elétrica sem interferir nela. Vamos conectar a bobina em paralelo com o capacitor recém-carregado.

O que vai acontecer? As cargas nas placas do capacitor, como antes, interagem, tendem a se atrair, — os elétrons da placa inferior tendem a retornar para a superior, pois de lá foram arrastados à força para a inferior quando o capacitor foi carregado .O sistema de cargas tende a retornar a um estado de equilíbrio elétrico e, em seguida, uma bobina é conectada - um fio torcido em espiral que possui indutância (a capacidade de impedir que a corrente seja alterada por um campo magnético quando essa corrente passa por ele) !

Os elétrons da placa inferior correm pelo fio da bobina para a placa superior do capacitor (podemos dizer que, ao mesmo tempo, a carga positiva corre para a placa inferior), mas não podem deslizar imediatamente para lá.

Por que? Porque a bobina tem indutância, e os elétrons que se movem através dela já são correntes, e porque a corrente significa que deve haver um campo magnético ao seu redor. Portanto, quanto mais elétrons entram na bobina, maior se torna a corrente e maior o campo magnético ao redor da bobina aparece.

Quando todos os elétrons da placa inferior do capacitor tiverem entrado na bobina - a corrente nela estará em seu máximo Im, o campo magnético ao seu redor será o maior que essa quantidade de carga em movimento pode criar enquanto estiver em seu condutor. Nesse ponto, o capacitor está completamente descarregado, a energia do campo elétrico no dielétrico entre suas placas é igual a zero EC0, mas toda essa energia agora está contida no campo magnético da bobina ELm.

E então o campo magnético da bobina começa a diminuir porque não há nada para apoiá-lo, porque não há mais elétrons entrando e saindo da bobina, não há corrente e o campo magnético que desaparece ao redor da bobina gera um campo elétrico parasita. em seu fio que empurra os elétrons ainda mais para o capacitor da placa superior, onde eles estavam tão ansiosos.E no momento em que todos os elétrons estavam na placa superior do capacitor, o campo magnético da bobina tornou-se igual a zero EL0. E agora o capacitor está carregado na direção oposta àquela que foi carregada no início.

A placa superior do capacitor agora está carregada negativamente e a placa inferior está carregada positivamente. A bobina ainda está conectada, seu fio ainda fornecendo um caminho livre para o fluxo de elétrons, mas a diferença de potencial entre as placas do capacitor é novamente percebida, embora com sinal oposto ao original.

E os elétrons correm novamente para a bobina, a corrente se torna máxima, mas como agora é direcionada na direção oposta, o campo magnético é criado na direção oposta e, quando todos os elétrons retornam à bobina (à medida que se movem para baixo) , o campo magnético não se acumula mais, agora começa a diminuir e os elétrons são empurrados ainda mais - para a placa inferior do capacitor.

E no momento em que o campo magnético da bobina se tornou igual a zero, ele desapareceu completamente, — a placa superior do capacitor é novamente carregada positivamente em relação à placa inferior. A condição do capacitor é semelhante ao que era no início. Ocorreu um ciclo completo de uma oscilação. E assim por diante .. O período dessas oscilações, dependendo da indutância da bobina e da capacitância do capacitor, pode ser encontrado pela fórmula de Thomson: