Fyzika a InformatikaELEKTROMAGNETICKÝ OSCILÁTOR

Digitálny učebný materiál

Vypracoval: Ing. Ján Motešický

Elektromagnetických oscilátorov je vo všeobecnosti zdrojom striedavých prúdov, resp. elektrických kmitov (nie mechanických).

Využitie elektromagnetických oscilátorov:- VF technika- mikrovlnná technika- hodinárstvo- medicína

Existuje analógia medzi mechanickým a elektromagnetickým oscilátorom.

Elektromagnetický oscilátor – oscilačný obvod je elektrický obvod zložený z cievky L (má indukčnosť) a kondenzátora C (má el.kapacitu).

LC+-

Ak chceme, aby oscilačný obvod kmital, musíme mu dodať energiu a nabiť kondenzátor.

Nabitý kondenzátor je spojený s cievkou - obvodom začneprechádzať elektrický prúd. Zväčšuje sa prúd cievkou - vytvára sa jej magnetické pole. Kondenzátor sa vybíja - zmenšuje sa jeho energia. Energia elektrického poľa nabitého kondenzátora sa mení na energiu magnetického poľa cievky.

LC t

u,i

0

+

-

i

i

Ideálny elektromagnetický LC oscilátor

LC t

u,i

0

i

i

Kondenzátor je vybitý - prúd sa v obvode zmenšuje. V cievke sa indukuje napätie - obvodom prechádza indukovaný prúd, ktorým sa kondenzátor znova nabíja. Polarita napätia bude opačná. Energia magnetického poľa cievky sa mení na energiu elektrického poľa nabitého kondenzátora

+

-

Dej sa opakuje opačným smerom: energia elektrického poľa nabitého kondenzátora sa mení na energiu magnetického poľa cievky.

t

u,i

0C

i

i

+

-

L

Dej sa opakuje opačným smerom: energia magnetického poľa cievky sa mení na energiu elektrického poľa nabitého kondenzátora.

t

u,i

0C

i

i

L-

+

CQ

E2m

e 21

2mm 2

1 LIE

CQ

E2m

e 21

2mm 2

1 LIE

+

-

i

i

LC+

-

Vlastné elektromagnetické kmitanie

Elektromagnetické kmitanie je periodický dej. Počas periódy sa 4x zmení energia elektrického poľa kondenzátora na energiu magnetického poľa cievky a naopak.

0 x

y

Dj

Zmeny napätia a prúdu sú harmonické.

Fázový posun medzi napätím a prúdom je Dj =p/2 rad.

t

u,i

04

T

2

TT

4

3 TI

U

tIi sinm

2

sinm tUu

Vlastné elektromagnetické kmitanie

Thomsonov vzťah pre frekvenciu a periódu vlastnýchkmitov oscilačného obvodu

LCT 20

LCf

2

1o

Lord Kelvin of Largs, William Thomson

t

u, i

Je vždy tlmené, v dôsledku odporu oscilačného obvodu.

V reálnom LC obvode sa energia elektrického a magnetického poľa postupne premieňa na teplo.

Elektromagnetické kmitanie reálneho LC obvodu

Zdroje: učebnice Fyziky pre stredné školy http://www.fpv.umb.sk/kat/kf/ http.//www.upjs.sk V. Lank, M. Vondra- Fyzika v kocke pre stredné školy P. Tarábek a kol. – Zmaturuj z fyziky Physics Java Applets