Iz e-ELEKTROTEHNIKA plus
Poskus 7.1.1
Napolnimo kondenzator kapacitivnosti 470 μF z izvorom enosmerne napetosti 3 V (sl. 7.1.1 a). Napolnjen kondenzator priključimo prek analognega mA-metra z ničelnim položajem kazalca na sredini skale, na tuljavo z lameliranim Fe jedrom in induktivnostjo 65 H (sl. 7.1.1 b).
Slika 7.1.1: Merjenje toka v nihajnem krogu
- Kazalec mA-metra zaniha s frekvenco približno 1 Hz okrog ničelnega položaja.
- Zaradi izgub energije v električnem krogu z realnimi elementi, se kazalec po nekaj nihajih umiri.
Poskus 7.1.1 smo realizirali z realnima elementoma, kar je povzročilo izgube in hitro iznihavanje energije. Zaradi lažjega razumevanja fizikalnega principa nihanja energije v LC krogu, pa, vsaj na miselni ravni, obravnavani LC krog idealizirajmo. S preklopom naelektrenega kondenzatorja na tuljavo v trenutku to (sl. 7.1.2), smo v kondenzatorju ujeto energijo »sprostili« v krogu s tuljavo.
Slika 7.1.2: Pretakanje energije v krogu z idealiziranim kondenzatorjem in tuljavo
Napetost kondenzatorja bo v času t0 do t1 povzročala tok skozi tuljavo. Zaradi napetosti lastne indukcije v tuljavi tok skozi tuljavo narašča postopoma oziroma zaostaja za napetostjo po že znanih pravilih.
Energija električnega polja kondenzatorja usiha in se z naraščajočim tokom pojavlja v nastajajočem magnetnem polju tuljave.
Tok praznjenja kondenzatorja doseže največjo vrednost Im v trenutku izpraznitve kondenzatorja (WC = 0), to je v trenutku t1. V trenutku t1 je celotna energija električnega polja kondenzatorja prešla v energijo magnetnega polja tuljave.
Od trenutka t1 naprej energija električnega polja kondenzatorja ni več vzrok toka v krogu, zato pa v času t1 do t2 skrbi za njegovo vzdrževanje v isti smeri energija magnetnega polja. Tako kot se je napetost lastne indukcije tuljave v času to do t1 upirala naraščanju toka, se v času t1 do t2 upira njegovemu usihanju. Z vzdrževanjem toka v času po t1 se kondenzator začne polniti v obratni smeri, energija za vzdrževanje toka pa se črpa iz magnetnega polja tuljave.
Ko energija magnetnega polja usahne (t2), tudi toka v krogu ni več. Kondenzator je prej oddano energijo v celoti dobil nazaj in na njem je ponovno napetost U, le z obrnjeno polariteto.
Od trenutka t2 naprej je energija električnega polja kondenzatorja ponovno vzrok toka v krogu, toda sedaj zaradi nasprotne polarizacije kondenzatorja tok teče v obratni smeri. Ker se pojav naprej periodično ponavlja, lahko ugotovimo:
- V idealiziranem krogu s kondenzatorjem in tuljavo se dovedena energija periodično izmenjuje oziroma »niha« med kondenzatorjem in tuljavo.
- Vzrok nihanja energije med kondenzatorjem in tuljavo sta nasprotni lastnosti kondenzatorja in tuljave glede načina shranjevanja in oddajanja energije.
- Posledica periodične izmenjave energije med kondenzatorjem in tuljavo sta izmenična tok in napetost v LC krogu.
Zaradi ugotovljenega imenujemo krog s kondenzatorjem in tuljavo električni nihajni krog, samostojno nihanje energije v krogu pa lastno nihanje, frekvenco lastnega nihanja pa lastna frekvenca. Ker je za tovrstno nihanje potrebna kombinacija kapacitivnosti in induktivnosti, bomo v nadaljevanju uporabljali tudi naziv LC nihajni krog. Opisano lastno nihanje energije je naravni fizikalni pojav, zato velja:
- Časovna poteka izmeničnega toka in napetosti v nihajnem krogu imata sinusno obliko.
 7 Resonančni pojavi
| 7.2 Lastno nihanje v realnem nihajnem krogu
|
