Temat: Obwód drgający

1. Temat: Obwód drgający • Obwód elektryczny składający się z kondensatora o pojemności C i cewki o indukcyjności L, może wykonywać drgania elektryczne – obwód LC • Należy najpierw naładować kondensator, a następnie zamknąć obwód.

2. Na ekranie oscylografu zaobserwujemy gasnącą sinusoidę.

3. Oscylograf – zbudowany z lampy oscylograficznej. Strumień elektronów wyrzucanych z działa elektronowego pada na ekran fluoroscencyjny i pobudza do świecenia. Po drodze elektrony przechodzą przez obszar płytek odchylających. Gdy na płytkach odchylających nie ma napięcia, elektrony padają na centralne miejsce ekranu, dając plamkę świetlną.

4. Przykładając na płytki Px stałe napięcie – odchylanie elektronów w poziomie • Py stałe napięcie– odchylenie w pionie • Jeżeli do Px narastające napięcie - plamka będzie wędrować w poziomie, coraz bardziej odchylając się od pierwotnego kierunku w miarę narastania napięcia. • W oscylografie mamy taki właśnie obwód elektryczny, który wytwarza narastające w czasie napięcie podawane na płytki Px. • Przebieg zmian tego napięcia w czasie (kształt ostrza piły) nazywa się podstawą czasu. Napięcie powoli narasta, poczym gwałtownie spada do 0. Takie cykle zmiany napięcia się powtarzają. Okres cyklów można regulować.

5. Jeżeli podczas jednostajnego ruchu plamki w poziomie na płytki Py podamy napięcie zmieniające się sinusoidalnie, to na ekranie zaobserwujemy sinusoidę. • Dlatego możemy za pomocą oscylografu badać np. drgania elektryczne obwodu LC.

6. Aby uwidocznić drgania obwodu LC – kondensator ładuje się wtedy, gdy przełącznik znajduje się w położeniu 2. Przerzucając przełącznik na 1 – w obwodzie popłynie prąd drgający. • Po połączeniu zacisków oscylografu do opornika R oscylograf rejestruje na nim napięcie U. • Obraz na ekranie oscylografu informuje też o I (gdyż prawo Ohma). • Jeżeli oscylograf podłączymy do kondensatora, to napięcie na nim będzie nas informowało o wartości ładunku (z wz. pojemność kondensatora).

7. Dodatek – Przy użyciu oscylografa dwustrumieniowego – jednoczesne pomiary drgania natężenia prądu i ładunku, podłączając jedne zaciski do opornika, a drugie do kondensatora. • Na ekranie otrzymamy gasnące sinusoidy. Jednakże interesuje nas głównie to, że I jest przesunięte w fazie w stosunku do ładunku w ten sposób, ze w chwili, gdy I jest max, Q jest = 0 i na odwrót. Przesunięcie w fazie = p/2.

9. 1 (a) – okładki kondensatora są naładowane. Gdy zamkniemy obwód kondensator zaczyna się rozładować, czyli ładunek poprzez cewkę przepływa z jednej okładki na drugą. 2 (b) - Przepływający ładunek to prąd el., gdzie prąd płynący przez cewkę wytwarza w niej pole magnetyczne. 3 (c) – Natężenie prądu narasta, aż uzyska wartość maksymalną. Ładunki na kondensatorze są całkowicie skompensowane - kondensator chwilowo jest całkowicie rozładowany, przez cewkę płynie prąd o maksymalnym natężeniu, który wytwarza pole magnetyczne. 4 (d) – Rozpędzony prąd nie może nagle zniknąć – wiec płynie dalej w tym samym kierunku (coraz słabszy) i ładuje okładki kondensatora przeciwnym znakiem

10. Teraz okładki będą uzyskiwały odwrotne znaki. 5 (e) – W chwili, gdy pole elektryczne w kondensatorze stanie się maksymalne, zanika prąd i pole magnetyczne w cewce. Stan obwodu jest podobny do stanu 1(a) – tyle, że teraz kondensator jest naładowany przeciwnie. f, g, h – dalsze fazy oscylacji obwodu się powtarzają, ale w przeciwnym kierunku

11. Analogia między oscylacjami elektrycznymi i mechanicznymi: x=Asinwt v=dx/dt = Awcoswt Q=Qmaxsinwt I= dQ/dt = wQmaxsinwt Wzory zgadzają się z analiza na oscylografie: sinus i cosinus są przesunięte w fazie o p/2