j
!
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ
ляются куЛоновы силы. Приборами этого типа являются электрометры и электроскопы (см.).
Отклонения электростатических приборов определяются приложенной — к ним разностью потенциалов. Поэтому такие приборы являются электростатическими вольтметрами. 2) Элект ромагнитные приборы, в которых использована сила взаимодействия между неподвижной катушкой и подвижной магнитной системой (см. Гальванометр) или между неподвижным магнитом и подвижной несущей ток катушкой (приборы с вращающейся катушкой — см. Гальванометр, Амперметр, Вольтметр).
3) Приборы дина мqметрического типа, в к-рых отклоняющей силой является сила взаимодействия между двумя обтекаемыми токами катушки. Отклонения таких приборов пропорциональны произведению токов, протекающих по, обеим катушкам (см. Электродинамометр). Поэтому,: если одда катушка включена как вольтметр, а другая как амперметр, то отклонение прибора непосредственно пропорционально потребляемой в цепи мощности.
4) Т. е; плов bi е прйборы, в. которых перемещение стрелки вызывается удлинением металлической нити вследствие ее нагревания проходящим . по ней током. Эти приборы также пригодны при измерениях в области постоянных и переменных токов. 5) Приборы типа осциллографов (см.).
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ. Колебательные явления в различных областях физики и техники обнаруживают ряд, одинаковых закономерностей. Поэтому Э. к. можно изучать как один из конкретных случаев колебательных явлений вообще (см. Колебания). В теоретическом отношении наиболее целесообразным является именно такой подход. Здесь же изложены в историческом разрезе основные факты из области Э. к., рассматриваемые как физическая основа техники беспроволочной и в значительной . степени проволочной связи.
Колебательный разряд’конд енсатора. Если зарядить обкладки конденсатора до определенной разности потенциалов и соединить их проводником, по последнему потечет ток. Через нек-рый промежуток времени можно будет обнаружить, что на обкладках установился одинаковый потенциал, а ток в проводе прекратился. Нельзя думать, что ток течет при этом всегда в одном определенном направлении, от положительно заряженной обкладки к отрицательной. При, небольшом сопротивлении соединительного проводника опыт опровергает такое представление: стальной стержень, помещенный в магнитное поле разрядного тока, отнюдь не всегда намагничивается в одном определенном направлении, как эта должно было бы быть, если бы направление тока было постоянным (см. Электричество}. Генри (1842) показал, что намагничивание происходит иногда в одном, иногда в другом направлении. Механизм разряда был объяснен В. Томсоном на основании явления самоиндукции., В. Томсон установил, что разрядный ток периодически меняет свое направление, если только сопротивление провода не слишком велико, т. е. разряд носит колебательный характер. Физически это означает следующее. Самоиндукция есть не чт. о иное, как инерция электрического тока. Ток в начале разряда действительно течет от положительной обкладки к отрицательной, выравнивая их потенциалы, но,:жогда потенциалы одинаковьцток благодаря действию самоиндук 492'
ции продолжает течь в прежнем направлении, перезаряжая конденсатор; когда ток прекратится, конденсатор опять окажется заряженным, но та обкладка,, к-рая была положительной, станет отрицательной ц наоборот. Разряд начнется снова, но будет итти в обратном направлении, пока конденсатор не зарядится так же, как вначале, после чего весь процесс снова возобновится. Здесь существует полная аналогия с колебаниями . маятника, который, будучи отклонен от положения равновесия, возвращается к нему и, по инерции проскакивая его, отклоняется в противоположную сторону, после чего движение повторяется в обратном направлении. В маятнике потенциальная энергия тяготения повторно превращается в кинетическую энергию и наоборот: в колебательном контуре, электрическая энергия заряженного конденсатора — в магнитную энергию дока. При каждом превращении часть энергии тратится на нагревание проводов, обусловленное их сопротивлением, и диэлектриков (вследствие диэлектрических потерь), а также, как увидим ниже, — на излучение. Поэтому амплитуда* колебаний, характеризуемая максимальными значениями силы тока в проводе или заряда на конденсаторе, постепенно убывает, и через нек-рое время колебания прекращаются: мы имеем дело с затухающими колебаниями.
Дифференциальное уравнение колебаний в. конденсаторной цепи можно установить, исходя из закона сохранения энергии. Запас электрической и магнитной энергии цепи равен Q2 LJ2 2С + 2 ’ где С — емкость конденсатора, Q — его заряд, L — самоиндукция катушки, J — сила тока. Убыль этой энергии за время dt пропорциональна квадрату тока
где R — Сопротивление контура. Дифференцируя левую часть и деля уравнение на di, получаем
. л
или, так как то, предполагая
dt 0 и сокращая на J, имеем + -•£ = (). иЛ
(В)
V
Отсюда получаем дифференциальное ур-ие
ТW
+ RdF+. c — 0 — Опыт показывает, что оно справедливо и при J = 0.
Его общее решение при R<2y Q = 9oe
L sin(tot +??)
изображает, затухающее колебание. Здесь Qo и, ч> являются интеграционными постоянными, определяемыми значе1 JR2 нием заряда и тока в начальный момент; В предельном случае В=о (при отсутствии потерь), Q=Qo sin о (/+ф), т. е. колебание становится синусоидальным с периодом Т=^г. 2я1/'1С. а)
у
Последняя формула известна под названием формулы В. Томсона.
На практике для того чтобы разряд конденн сатора начинался лишь тогда, когда он заряжен до требуемого начального потенциала^ в контур вводйтся искровый промежуток: 2 металлических шарика, разделенных слоем изолятора, напр. воздуха (рис. 1). Пока идет зарядка конденсатора (например при помощи индуктора) разность потенциалов между, ша-
