Коливальний контур. Фізичні процеси в коливальному контурі

Електричний струм може бути постійним або змінним. Широке практичне використання у світі дістав змінний струм частотою 50-60 Гц, створюваний індукційними генераторами.

Однак для роботи багатьох пристроїв (комп’ютери, приймачі, телефони тощо) необхідні змінні струми частоти яких вимірюються кілогерцами (кГц) і мегагерцами (МГц). Для їх генерування застосовують спеціальні електричні кола — коливальні контури.

Будь-який коливальний контур складається з конденсатора й котушки індуктивності. Розглянемо його роботу на досліді.

Для цього складемо електричне коло за схемою   (рис. 1. а).

Рисунок 1

Спочатку конденсатор одержує енергію від джерела постійного струму. При цьому верхня пластина заряджається позитивно, а нижня негативно — на ній накопичується надлишок електронів. Перемкнімо конденсатор на котушку індуктивності (рис. 1. б).

Надлишок електронів з нижньої пластини конденсатора перекинеться через котушку до верхньої пластини, і в колі виникне наростаючий електричний струм. У результаті цього котушка стає електромагнітом і створює навколо себе магнітне поле.

Через явище самоіндукції після розряджання конденсатора струм не припиниться миттєво, а буде продовжувати текти ще якийсь час у тому самому напрямку, знову заряджаючи пластини конденсатора. Після цього весь процес повториться в протилежному напрямку, і коливальний контур повернеться у вихідний стан.

Описаний процес перезарядження конденсатора через котушку повторюється через рівні проміжки часу. При цьому періодично змінюються значення електричного заряду конденсатора, напруги на ньому й сили струму в контурі.

Періодичні зміни електричного заряду, сили струму й напруги в колі називають електромагнітними коливаннями.

За відсутності втрат енергії в контурі електромагнітні коливання будуть гармонічними, тобто значення електричного заряду, сили струму й напруги в колі змінюватимуться за законом синуса або косинуса.

Англійський фізик Томсон вивів формулу для періоду електромагнітних коливань у контурі: .

Використовуючи формулу Томсона, можна визначити власну частоту коливань коливального контуру: .