Coolelectrics.ru

В электро-  и радиотехнике используются конденсаторы самых различных конструкций,   размеров,    емкостей.    Обычно в электрических схемах, между пластинами конденсатора помещается какой-либо диэлектрик: бумага, слюда, фарфор и т. п. Дело в том, что каждому диэлектрику, в том числе и воздуху, свойственна своя постоянная способность накапливать электрическую энергию. Одни обладают этим свойством в большей, другие — в меньшей степени. Так, конденсатор со слюдяной прокладкой накопит энергии в несколько раз больше, чем конденсатор воздушный того же размера.

 

Вторая деталь электрического маятника — обыкновенная проволока, намотанная на какой-нибудь каркас, не проводящий электрический ток.

Если пластины конденсатора, «наполненного» электрической энергией, т. е. заряженного, подсоединить к концам проволочной катушки, то получим электрический «маятник». Электрическая цепь, состоящая из конденсатора и катушки, называется колебательным контуром.

Подсоединейие конденсатора к катушке позволяет вызывать разряд конденсатора. Возникает электрический ток. Но вокруг провода с током образуется магнитное поле. Значит, проволочная катушка становится «хранилищем» магнитной энергии. С увеличением разрядного тока будут увеличиваться и «запасы» магнитной энергии катушки. До каких же пор это будет продолжаться? Разумеется, недолго! Ведь электрический ток возник под действием зарядов, накопленных на пластинах конденсатора.

 

Он увеличивает магнитную энергию катушки за счет изъятия ее из поля конденсатора, уменьшая его запасы электрической энергии. Как только они полностью иссякнут, прекратится возрастание тока и тут же перестанет увеличиваться магнитное поле. Что же будет дальше?

Прежде чем ответить на этот вопрос, снова вернемся к обыкновенному механическому маятнику. Вместе с началом колебательного движения из крайней верхней точки мы наблюдали возрастание скорости и переход энергии из потенциальной в кинетическую. В нижней точке этот переход закончился полностью, а скорость сделалась наибольшей. И хотя породившая движение сила (тяжести) уже более не толкала грузик, он не остановился, а по инерции направился дальше. Это движение продолжалось до тех пор, пока грузик обладал кинетической энергией.

Нечто похожее наблюдается и в колебательном контуре. Энергия заряженного конденсатора — это «потенциальная энергия маятника», а электрический ток можно уподобить скорости. Энергия магнитного поля — это «кинетическая энергия». Так же как и скорость в центральном положении маятника, ток станет наибольшим к моменту полного разряда конденсатора. Но он не исчезнет после этого. Тесная связь тока с магнитным полем вызовет своеобразную «инерцию». Ведь «запас» магнитной энергии, так же как и кинетической в обычном маятнике, не может неожиданно исчезнуть. Значит, ток будет продолжаться и после полного разряда конденсатора.

 

И хотя внешне ничего существенного в этот момент не происходит, очень важное «событие» требует нашего внимания. Дело в том, что, продолжая течь в том же направлении, ток уже не «подбавляет» энергии магнитному полю, ее уже не осталось в конденсаторе. Наоборот, сохранение его направления поддерживается за счет магнитного поля, которое при этом уменьшается. Вместе с ним уменьшается и сила тока. Куда же теперь переносится энергия? Снова в конденсатор! Но теперь уже он перезаряжается — отрицательные и положительные заряды поменялись местами.

 

Вместе с полным освобождением катушки от магнитной энергии «откроется путь» для нового разряда конденсатора — уже в обратном направлении. Далее все повторится снова.

 

Когда же электрический «маятник» займет прежнее положение^ когда энергией колебательного контура, как мячиком, дважды перебросятся катушка и конденсатор, окончится период электрических колебаний. Но чему он равен? Как можно его регулировать? Для ответа на эти вопросы вернемся к конденсатору и катушке.

 

Каждому конденсатору свойственна определенная электрическая емкость. Она определяет его способность накапливать энергию. Катушки тоже не похожи одна на другую. Меняется их диаметр, меняется число витков проволоки. При одном и том же токе, проходящем через различные катушки, в магнитном поле одной из них накапливается больше энергии, чем в магнитном поле другой. Такого рода «вместимость» различных катушек характеризуется так называемой индуктивностью.

 

С увеличением емкости конденсатора и индуктивности катушки будет возрастать время, необходимое для «переброски» энергии, и будет увеличиваться период колебаний.

 

С помощью колебательных контуров можно получить самые различные частоты — ведь диапазон изменения емкости и индуктивности необычайно широк. Отсюда и преимущества этого способа создания переменных токов там, где должны быть получены высокие частоты, например, в радиотехнике. Уменьшая величины емкости и индуктивности, удается получать частоты, измеряемые сотнями и тысячами миллионов герц. Это значит, что в таких контурах полный период колебания протекает за тысячные доли микросекунды.

 

Для удобства пользуются и более крупными единицами измерения частоты — килогерцем и мегагерцем. Первая равна тысяче и вторая — миллиону герц. Поскольку в радиолокации используются лишь очень короткие волны, то нам придется иметь дело лишь с колебаниями, измеряемыми сотнями и тысячами мегагерц.