Перетворення енергії в коливальному контурі

Антенна представляет собой открытый электрический колебательный контур. Прежде, чем рассмотреть принцип излучения и приема антенной, рассмотрим процессы, происходящие в электрическом колебательном контуре.

Электрическим колебательным контуром называется система, состоящая из конденсатора и катушки, соединенных между собой в замкнутую электрическую цепь (рис. 2).

При подключении обкладок заряженного конденсатора к концам катушки в последней возникает электрический ток и энергия электрического поля заряженного конденсатора начинает превращаться в энергию магнитного поля.

С течением времени конденсатор постепенно разряжается, напряжение на его обкладках уменьшается, уменьшается и энергия электрического поля между обкладками. Сила тока в контуре не возрастает мгновенно, так как этому препятствует ЭДС самоиндукции в катушке. Постепенное увеличение силы тока сопровождается постепенным увеличением энергии магнитного поля катушки.

В тот момент, когда конденсатор полностью разрядится, и энергия электрического поля станет равной нулю, сила тока катушке и энергия магнитного поля достигнут максимальных значений.

После разрядки конденсатора и исчезновения внешнего электрического поля сила тока в катушке начинает убывать. Мгновенному прекращению тока препятствует ЭДС самоиндукции, создающая электрический ток того же направления. Ток, создаваемый ЭДС самоиндукции катушки, заряжает обкладки конденсатора до первоначального значения напряжения между ними, при этом знак заряда на обкладках оказывается противоположным первоначальному.

Таким образом, энергия магнитного поля тока в катушке превращается в энергию электрического поля заряженного конденсатора. Затем вновь происходит разряд конденсатора через катушку и т.д.— процесс периодически повторяется (рис. 3).

Периодически повторяющиеся изменения силы тока в катушке и напряжения между обкладками конденсатора без потребления энергии от внешних источников называются свободными электромагнитными колебаниями.

Период свободных колебаний в электрическом контуре определяется как

(1)

Это уравнение называется формулой Томсона.

Рис. 3