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 - بدون التخميد والاهتزازات القسرية

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.

دارة المذبذب

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).

تتأرجح عملية السلسلة

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.

مكثف ومحث للطاقة

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.

شحن مكثف لوحات

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:

فترة التذبذب الحر في الدائرة

تم العثور على التردد المقابل وتردد الدورة لدائرة مثالية بلا خسارة باستخدام الصيغ التالية:

التردد والتردد الدوري

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:


تقليل الاهتزاز اللوغاريتمي أو تقليل التخميد

يرتبط تقليل التذبذب اللوغاريتمي بفترة التذبذب المثالية بالعلاقة التالية ، حيث يمكن إدخال معلمة إضافية ، ما يسمى عامل التخميد:

معامل التوهين

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):

تردد التذبذبات الحرة المبللة في دائرة تتأرجح حقيقية

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.

ننصحك بقراءة:

لماذا التيار الكهربائي خطير؟