الاهتزازات الكهرومغناطيسية - بدون التخميد والاهتزازات القسرية
تحدث الاهتزازات الكهرومغناطيسية في دائرة تتكون من مغو ومكثف بسبب التحويل الدوري للطاقة الكهربائية إلى طاقة مغناطيسية والعكس صحيح. في هذه الحالة ، تتغير الشحنة الكهربائية على ألواح المكثف وحجم التيار عبر الملف بشكل دوري.
الاهتزازات الكهرومغناطيسية حرة وقسرية. التذبذبات الحرة ، كقاعدة عامة ، تخمد بسبب مقاومة الحلقة غير الصفرية ، وعادة ما تكون التذبذبات القسرية تذبذبات ذاتية.
يكتسب في دائرة تهتز التذبذبات الحرة ، نحتاج أولاً إلى إخراج هذا النظام من التوازن: إبلاغ المكثف بشحنة أولية q0 أو بطريقة ما بدء نبضة تيار I0 عبر الملف.
سيكون هذا بمثابة نوع من النبضات وستحدث التذبذبات الكهرومغناطيسية المجانية في الدائرة - ستبدأ عملية الشحن والتفريغ المتناوب للمكثف من خلال الملف الاستقرائي ، وبالتالي ، الارتفاع المتغير والسقوط في المجال المغناطيسي للملف
تسمى التذبذبات التي يتم الحفاظ عليها في الدائرة بواسطة قوة دافعة كهربائية خارجية متناوبة التذبذبات القسرية. لذا ، كما فهمت بالفعل ، فإن أحد الأمثلة على أبسط نظام تذبذب يمكن من خلاله ملاحظة التذبذبات الكهرومغناطيسية الحرة هو دائرة متذبذبة تتكون من مكثف بقدرة كهربائية C وملف المحاثة L.
في الدائرة التذبذبية الحقيقية ، تتكرر عملية إعادة شحن المكثف بشكل دوري ، لكن التذبذبات تتلاشى بسرعة لأن الطاقة تبدد بشكل أساسي على المقاومة النشطة R لسلك الملف.
ضع في اعتبارك دائرة بدائرة تتأرجح مثالية. دعونا أولاً نشحن المكثف من البطارية - سنعطيه الشحنة الأولية q0 ، أي أننا سنملأ المكثف بالطاقة. ستكون هذه هي الطاقة القصوى للمكثف نحن.
الخطوة التالية هي فصل المكثف عن البطارية وتوصيله بالتوازي مع المحرِّض. عند هذه النقطة ، سيبدأ المكثف في التفريغ وسيظهر تيار متزايد في دائرة الملف. كلما طالت مدة تفريغ المكثف ، زادت الشحنة منه تدريجيًا في الملف ، وكلما زاد التيار في الملف ، وبالتالي يخزن الملف الطاقة في شكل مجال مغناطيسي.
لا تحدث هذه العملية على الفور ، ولكن بشكل تدريجي ، لأن الملف يحتوي على محاثة ، مما يعني أن ظاهرة الحث الذاتي تحدث ، والتي تتمثل في حقيقة أن الملف يقاوم على أي حال الزيادة في التيار. في مرحلة ما ، تصل طاقة المجال المغناطيسي للملف إلى أقصى قيمة ممكنة Wm (اعتمادًا على مقدار الشحنة التي تم نقلها في البداية إلى المكثف ومقاومة الدائرة).
أيضًا ، نظرًا لظاهرة الحث الذاتي ، يتم الحفاظ على التيار عبر الملف في نفس الاتجاه ، لكن حجمه يتناقص وتتراكم الشحنة الكهربائية في النهاية في المكثف مرة أخرى. بهذه الطريقة يعاد شحن المكثف. تحتوي لوحاتها الآن على إشارات شحن معاكسة عما كانت عليه في بداية التجربة ، عندما قمنا بتوصيل المكثف بالبطارية.
وصلت طاقة المكثف إلى أقصى قيمة ممكنة لهذه الدائرة. توقف التيار في الدائرة. تبدأ العملية الآن بالسير في الاتجاه المعاكس ، وسيستمر هذا مرارًا وتكرارًا ، أي ستكون هناك اهتزازات كهرومغناطيسية مجانية.
إذا كانت المقاومة النشطة للدائرة R تساوي صفرًا ، فإن الجهد عبر ألواح المكثف والتيار عبر الملف سوف يتغير بلا حدود وفقًا للقانون التوافقي - جيب التمام أو الجيب. وهذا ما يسمى بالاهتزاز التوافقي. ستتغير أيضًا الشحنة على ألواح المكثف وفقًا للقانون التوافقي.
لا توجد خسارة في الدورة المثالية. وإذا كان الأمر كذلك ، فإن فترة التذبذب الحر في الدائرة ستعتمد فقط على قيمة السعة C للمكثف والحث L للملف. يمكن العثور على هذه الفترة (للحلقة المثالية مع R = 0) باستخدام صيغة طومسون:
تم العثور على التردد المقابل وتردد الدورة لدائرة مثالية بلا خسارة باستخدام الصيغ التالية:
لكن الدوائر المثالية غير موجودة وتضعف التذبذبات الكهرومغناطيسية بسبب الخسائر الناجمة عن تسخين الأسلاك. اعتمادًا على قيمة مقاومة الدائرة R ، سيكون كل جهد مكثف أقصى لاحق أقل من السابق.
فيما يتعلق بهذه الظاهرة ، يتم إدخال معلمة مثل التناقص اللوغاريتمي للتذبذبات أو تقليل التخميد في الفيزياء. تم العثور عليه باعتباره اللوغاريتم الطبيعي لنسبة حد أقصى متتاليين (من نفس العلامة) للتذبذبات:
يرتبط تقليل التذبذب اللوغاريتمي بفترة التذبذب المثالية بالعلاقة التالية ، حيث يمكن إدخال معلمة إضافية ، ما يسمى عامل التخميد:
يؤثر التخميد على وتيرة الاهتزازات الحرة. لذلك ، تختلف الصيغة الخاصة بإيجاد تواتر التذبذبات الحرة المبللة في دائرة تتأرجح حقيقية عن صيغة الدائرة المثالية (يؤخذ عامل التخميد في الاعتبار):
لعمل تذبذبات في الدائرة غير مكتوم، من الضروري تجديد وتعويض هذه الخسائر كل نصف فترة. يتم تحقيق ذلك في مولدات التذبذب المستمر ، حيث يقوم مصدر EMF الخارجي بتعويض فقد الحرارة بطاقته. يسمى نظام التذبذب مع مصدر EMF خارجي بالتذبذب الذاتي.