Фізика і астрономія. Рівень стандарту. 11 клас. Сиротюк

§ 23. Коливальний контур. Виникнення електромагнітних коливань у коливальному контурі

Змінні електричні і магнітні поля не можуть існувати окремо одне від одного, оскільки в просторі, де існує змінне магнітне поле, збуджується електричне поле, і навпаки. Одночасні періодичні зміни пов’язаних між собою електричного і магнітного полів називають електромагнітними коливаннями. Таким чином, щоб одержати електромагнітні коливання, треба мати електричне коло, у якому енергія електричного поля могла б перетворюватися на енергію магнітного поля, і навпаки. Оскільки магнітне поле зосереджене переважно в котушках, а електричне — у конденсаторах, найпростіше коло для утворення електромагнітних коливань має складатися з конденсатора і котушки. Таке коло називають коливальним контуром. Активний опір провідників, з яких виготовлено коливальний контур, має бути малим, інакше електромагнітні коливання не виникатимуть у контурі.

Найпростішою установкою, у якій досить просто можна створювати електромагнітні коливання, є електричне коло, до складу якого входить котушка індуктивністю L та конденсатор ємністю С (мал. 2.18).

Мал. 2.18

Щоб можна було легко спостерігати за змінами напруги на обкладках конденсатора, до них приєднано вольтметр V. Коливання мають бути досить повільними. Тому в такій установці використовують котушку значної індуктивності і конденсатор великої ємності, вольтметр з нульовою поділкою посередині шкали.

Якщо замкнути ключ К, то конденсатор С зарядиться від джерела постійного струму E і вольтметр покаже напругу на його обкладках. Після від’єднання джерела живлення від досліджуваного кола, вольтметр показує наявність коливань напруги, які швидко припиняються. Значення і знак напруги на обкладках конденсатора змінюються, що свідчить про періодичну перезарядку обкладок конденсатора.

Таким чином, можна дійти висновку: якщо систему вивести зі стану рівноваги (зарядити конденсатор від стороннього джерела), то після від’єднання джерела в колі відбуватимуться коливання напруги.

Якщо електромагнітні коливання можна одержати просто, то спостерігати їх значно складніше. Адже безпосередньо не видно ні перезарядки конденсатора, ні збільшення сили струму в котушці, ні виникнення магнітного чи електричного поля. До того ж відбуваються електромагнітні коливання з дуже великою частотою, яка значно перевищує частоту механічних коливань.

Мал. 2.19

Спостерігати і досліджувати електромагнітні коливання зручно за допомогою електронного осцилографа (мал. 2.19). Зарядимо конденсатор С від джерела постійного струму і замкнемо його на котушку індуктивності L, паралельно якій увімкнено електронний осцилограф. На екрані одержимо криву залежності заряду (або сили струму в колі) від часу — осцилограму коливань заряду (або сили струму). Амплітуда цих коливань швидко зменшується, тобто коливання швидко згасають (мал. 2.20).

Мал. 2.20

Розглянуті електромагнітні коливання отримали назву власних (вільних) коливань, оскільки вони здійснюються вільно, тобто без впливу зовнішньої сили. Частоту вільних коливань називають власною частотою коливального контуру. Власні коливання є затухаючими, їхня амплітуда із часом зменшується. Причиною затухання є те, що енергія струму перетворюється у внутрішню енергію проводів (оскільки вони мають опір) і витрачається на випромінювання електромагнітних хвиль.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Що називають коливальним контуром?
  • 2. Намалюйте схему установки, у якій можна спостерігати електромагнітні коливання.
  • 3. Який прилад дає можливість спостерігати електромагнітні коливання?