Circuitul oscilant

Circuitul oscilant este format dintr-o bobină și un condensator legate în paralel. Dacă se încarcă condensatorul de la o sursă și apoi se conectează cu bobina el se va descărca prin bobină, în bobină se va produce fenomenul de autoinducție electromagnetică, care va duce la încărcarea condensatorului cu polaritate inversă, după care procesul se va relua în sens invers.

Curentul electric într-un astfel de circuit are formă sinusoidală.

$i\left(t\right)=I_m\sin \left(\omega t-\phi \right)$

Forma sinusoidală a intensității și tensiunii electrice poate fi vizualilzată cu ajutorul osciloscopului.

Oscilații electromagnetice

Pulsația curentului în circuitul oscilant ideal, când bobina are rezistență electrică neglijabilă, este dată de relația:

${{\omega }_0}^2=\frac{1}{LC}$

Electronii efectuează o mișcare oscilatorie în interiorul conductoareleor electrice cu pulsația dată de relația de mai sus.

Sarcina de pe armătura condensatorului respectă legea:

$q\left(t\right)=Q_0\sin \left(\omega t+{\varphi }_0\right)$

Dacă se ține cont de faptul că bobina are pe lângă inductanță și o rezistență electrică, atunci sarcina electrică de pe armătura condensatorului respectă legea caracteristică unei mișcări oscilatorii amortizate:

$q\left(t\right)=Q_0{e}^{-\delta t}\sin \left(\omega t+{\varphi }_0\right)$

Pulsația este dată de relația:

${\omega }^2=\frac{1}{LC}-{\delta }^2, unde \delta =\frac{R}{2L}$

De asemenea, vom avea mișcare oscilatorie doar dacă:

$R<2\sqrt{\frac{L}{C}}$

În circuitul oscilant energia este dată de suma dintre energia câmpului electric dintre armăturile condensatorului și energia câmpului magneitc din bobină:

$W=W_e+W_m=\frac{1}{2}C{u_C}^2\left(t\right)+\frac{1}{2}L{i_m}^2\left(t\right)=const.$

Energia oscilațiilor electromagnetice libere ale circuitului oscilant ideal LC alternează între forma magnetică (în bobină) și forma electrică (în condensator) suma celor două forme fiind constantă.

Oscilații electromagnetice versus oscilații mecanice

Unda electromagnetică

Ansamblul format dintr-un câmp electric și un câmp magnetic ce se generează reciproc se numește câmp electromagnetic.

Câmpul electromagnetic ce se propagă în spațiu și timp se numește undă electromagnetică.

Viteza undelor electromagnetice este dată de relația:

$v=\frac{E}{B}=\frac{1}{\sqrt{\epsilon \mu }}=\frac{c}{\sqrt{{\epsilon }_r{\mu }_r}}$

În vid viteza undelor electromagnetice coincide cu viteza luminii.

Unda electromagnetică este formată dintr-un câmp electric perpendicular pe un câmp magnetic și ambele perpendiculare pe direcția de propagare a undei.

Circuitul oscilant deschis

Un circuit oscilant va produce un câmp electromagnetic captiv în interiorul circuitului. Dacă deschidem circuitul, îl întindem, atunci el va emite o undă electromagnetică.

Orice fir are o capacitate electrică și o inductanță, ceea ce însemană că un fir legat la o sursă de curent alternativ va emite o undă cu pulsația egală cu cea curentului. De asemnea un fir va putea recepționa o undă emectromagnetică, în lungul lui apărând un curent electric oscilant.

Într-un fir care emite o undă electromagnetică raportul dintre tensiunea maximă și curentul maxim este:

$\frac{U_m}{I_m}=\sqrt{\frac{L}{C}}$

Antene

Antenele pot fi de recepție sau de emisie. Pentru ca să funcționeze corespunzător lungimea lor trebuie să aibă o anumită valoare proporțională cu lungimea de undă a undelor electromagnetice recepționate sau emise.

Antenele cu împământare trebuie să aibă lungimea egală cu un multiplu întreg de sferturi de lungimi de undă.

Antenele fără împământare trebuie să aibă lungimea egală cu un multiplu întreg de jumătăți de lungimi de undă.

Modificarea lungiii unei antene se face prin înserierea cu antena a unei bobine sau a unui condensator. Bobina crește lungimea antenei, iar condensatorul o scade. Un condensator variabil legat în serie cu o antenă va permite modificarea lungimii antenei.

Clasificarea undelor electromagnetice

1. Unde hertziene (lungimea de undă de la ordinul km la ordinul mm)
2. Unde infraroșii (lungimea de undă de la mm la micrometri)
3. Radiația vizibilă (700 - 400 nm)
4. Radiația ultravioletă (lungimea de undă mai mică decât radiațiile vizibile)
5. Radiații X (lungimea de undă de la nm la 100 pm)
6. Radiația gama (lungimea de undă mai mică de 100 pm)