Circuite electrice oscilante

Circuite electrice oscilante

Un circuit oscilant este alcatuit dintr-o bobina legata de un condensator. Fiecare circuit are si o rezistenta oarecare a carei influenta se va neglija, pentru moment.

Circuitele oscilante produc oscilatii electrice.

Daca se incarca condensatorul si apoi se conecteaza la bobina, descarcarea condensatorului va avea un caracter oscilant.

Condensatorul din circuit poate fi incarcat, punand comutatorul pe contact, iar condensatorul se va descarca prin bobina.

Procesul de descarcare a condensatorului si de producere a oscilatiilor in circuit se datoreaza variatiei tensiunii la bornele condensatorului si ale curentului in bobina.

La inceput condensatorul este incarcat pana la diferenta maxima de potential, in timp ce curentul este nul. Imediat ce condensatorul incepe sa se descarce prin bobina circula un curent care creste treptat in intensitate. Forta electromotoare de autoinductie care ia nastere in bobina, impiedica curentul sa creasca prea repede. Pe masura cresterii curentului, tensiunea de pe armaturile condensatorului scade, deoarece un numar tot mai mare de electroni pleaca de la armatura incarcata negativ si acelasi numar de electroni trece la armatura pozitiva, micsorandu-si sarcina. La un anumit moment condensatorul este complet descarcat, moment in care curentul este maxim, iar tensiunea la bornele condensatorului este nula. Totusi, curentul nu inceteaza sa circule deoarece bobina lucreaza acum ca un generator (curentul este intretinut in circuit de forta electromotoare de autoinductie, care ia nastere in bobina la micsorarea curentului si are acelasi sens cu al curentului) si incarca condensatorul in sens invers. Electronii trec pe cealalta armatura, care se incarca din nou, treptat, cu deosebire ca semnul sarcinilor de pe armatura se schimba. Cand toti electronii trec pe cealalata armatura a condensatorului, curentul se anuleaza, iar tensiunea la borne este maxima, avand insa semnul invers si dupa exact acelasi interval de timp electronii se intorc de pe armatura de unde au pornit la inceput. Se restabileste astfel starea initiala a circuitului si procesul descris se repeta. Se poate spune ca electronii din circuitul oscilant au efectuat o oscilatie completa, dupa cre urmeaza a doua, a treia etc.

In circuit se produc oscilatii electrice libere ale curentului si ale tensiunii. Ele vor fi elibere, deoarece procesul oscilator se produce singur, fara actiunea unei f.e.m. exterioare, datorita numai sarcinii initiale a condensatorului.

Oscilatiile din circuit sunt periodice si au forma sinusoidala, adica reprezinta un curent alternativ sinusoidal.

In procesul oscilatiilor, electronii nu trec de fapt de la o armatura a condensatorului la cealalta. Cu toate ca viteza de propagare a curentului in circuitul electric este foarte mare si apropiata de viteza luminii, electronii se deplaseaza in conductoare cu o viteza foarte mica si anume cu fractiuni de centimetru pe secunda. De aceea, in timpul unei semiperioade, electronii pot parcurge numai o portiune mica a conductorului. Ei se deplaseaza de la armatura condensatorului, care a avut inainte sarcina negativa, la portiunea cea mai apropiata a conductorului de conexiune, iar pe cealalta armatura a condensatorului sosesc un numar egal de electroni din portiunea conductorului cea mai apropiata de aceasta armatura.

Condensatorul incarcat are o cantitate oarecare de energie electrica potentiala, care este concentrata in campul electric ce se formeaza totdeauna in jurul oricarei sarcini electrice. Curentul electric are energie cinetica - energia electronilor in miscare. Dar miscarea electronilor este intotdeauna insotita de aparitia unui camp magnetic.

In felul acesta, in conductorul de conexiune si conductorul bobinei se efectueaza numai o deplasare a electronilor pe o distanta mica.

Oscilatiile electrice din circuit reprezinta o transformare periodica a energiei potentiale a campului electric, in energia cinetica a campului magnetic si invers.

In momentul initial, energia potentiala este maxima, adica intreaga energie a circuitului, este concentrata in campul electric al condensatorului incarcat. Cand condensatorul se descarca si ia nastere un curent, energia potentiala scade; in schimb, creste energia cinetica - energia campului magnetic din bobina. In momentul cand curentul este maxim si intreaga energie a curentului este concentrata in campul magnetic, energia potentiala este nula.

Dupa aceea, procesul are loc in sens invers: energia campului electric scade si apare din nou energia campului magnetic.

Amplitudinea curentului, si a tensiunii oscilatiilor libere depinde, intr-un anumit circuit, numai de cantitatea initiala de energie, care a fost data circuitului.

Fiecare circuit are o anumita frecventa a oscilatiilor libere, pe care le produce, numita frecventa circuitului. Cu cat inductanta si capacitatea sunt mai mari, cu atat frecventa lor este mai mica. Relatia intre frecventa circuitului, capacitate si inducatanta circuitului se exprima prin formula:

F₀ = ___1____

2π √ LC

sau

T = 2 π √LC

in care,

f este frecventa curentului;

T - perioada curentului;

C - capacitatea circuitului;

L - inductanta circuitului.

Elementele circuitelor oscilante sunt: bobina cu inductanta fixa; bobina cu inductanta variabila; transformatoare de radio frecventa; condensatoare fixe; condensatoare variabile si semivariabile.