-->
|
|
|
Ãëàâà 2. Ýëåêòðè÷åñêèå êîëåáàíèÿ § 2.3. Ôîðìóëà Òîìñîíà
Ôîðìóëà ÒîìñîíàÍàøà çàäà÷à â ïåðâóþ î÷åðåäü áóäåò çàêëþ÷àòüñÿ â îïðåäåëåíèè ïåðèîäà (èëè ÷àñòîòû) ñâîáîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ êîëåáàíèé. Ïðàâäà, îñíîâûâàÿñü íà àíàëîãèè ìåæäó ñâîáîäíûìè ìåõàíè÷åñêèìè è ñâîáîäíûìè ýëåêòðè÷åñêèìè êîëåáàíèÿìè, ìîæíî ñðàçó çàïèñàòü âûðàæåíèÿ äëÿ ÷àñòîòû è ïåðèîäà ñâîáîäíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ êîëåáàíèé. Äåéñòâèòåëüíî, òàê êàê â ôîðìóëå äëÿ öèêëè÷åñêîé ÷àñòîòû ñâîáîäíûõ êîëåáàíèé øàðèêà íà ïðóæèíå
Äëÿ ïåðèîäà ñâîáîäíûõ êîëåáàíèé ìîæíî çàïèñàòü:
Ôîðìóëà (2.3.2) íàçûâàåòñÿ ôîðìóëîé Òîìñîíà â ÷åñòü àíãëèéñêîãî ôèçèêà, êîòîðûé åå âïåðâûå âûâåë. Ïîëó÷åííûå íàìè ðåçóëüòàòû ïðàâèëüíû. Îäíàêî âñå æå ñ÷èòàòü èõ äîñòàòî÷íî ñòðîãî äîêàçàííûìè íåëüçÿ. Íåîáõîäèìî ïîêàçàòü, ÷òî óðàâíåíèå, îïèñûâàþùåå ýëåêòðè÷åñêèå êîëåáàíèÿ â êîíòóðå, â ìàòåìàòè÷åñêîì îòíîøåíèè íå îòëè÷àåòñÿ îò óðàâíåíèÿ, îïèñûâàþùåãî ñâîáîäíûå ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ. Ëèøü ïîñëå ýòîãî ìû ñ ïîëíîé óâåðåííîñòüþ ñìîæåì óòâåðæäàòü, ÷òî ìåõàíè÷åñêèå è ýëåêòðè÷åñêèå êîëåáàíèÿ óïðàâëÿþòñÿ îäíèìè è òåìè æå êîëè÷åñòâåííûìè çàêîíàìè. À ýòî è åñòü ñàìîå âàæíîå. Óðàâíåíèå, îïèñûâàþùåå ïðîöåññû â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðåÎñíîâíîå óðàâíåíèå äëÿ ïðîöåññîâ â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðå ìîæíî çàïèñàòü, èñïîëüçóÿ çàêîí Îìà â äèôôåðåíöèàëüíîé ôîðìå:
Çäåñü
Ðàññìîòðèì êîëåáàòåëüíûé êîíòóð, ñîäåðæàùèé âñå òðè îñíîâíûõ ýëåìåíòà: êîíäåíñàòîð åìêîñòüþ Ñ, êàòóøêó èíäóêòèâíîñòüþ L è ðåçèñòîð ñîïðîòèâëåíèåì R (ðèñ. 2.7). Ñîïðîòèâëåíèåì êàòóøêè, ïëàñòèí êîíäåíñàòîðà è ñîåäèíèòåëüíûõ ïðîâîäîâ ïðåíåáðåæåì. Âåñü êîíòóð ìåæäó òî÷êàìè 1 è 2 ðàçîáüåì íà ìàëûå ýëåìåíòû
Òåïåðü ïðîñóììèðóåì óðàâíåíèÿ (2.3.4), çàïèñàííûå äëÿ âñåõ ýëåìåíòîâ
Âûÿñíèì ôèçè÷åñêèé ñìûñë êàæäîãî èç ÷ëåíîâ óðàâíåíèÿ (2.3.5). Ðàññìîòðèì ñóììó â ëåâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ. Äëÿ âñåé öåïè, êðîìå ðåçèñòîðà, óäåëüíàÿ ïðîâîäèìîñòü áåñêîíå÷íà, òàê êàê ìû ñîïðîòèâëåíèå ýòîé ÷àñòè öåïè ïîëàãàåì ïðåíåáðåæèìî ìàëûì. Äàëåå, áóäåì ñ÷èòàòü ðåçèñòîð ñîñòîÿùèì èç òîíêîé ïðîâîëîêè ïîñòîÿííîãî ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïëîùàäüþ S è ïîñòîÿííîé óäåëüíîé ïðîâîäèìîñòè γ. Òîãäà ïëîòíîñòü òîêà
ãäå i — ñèëà òîêà â öåïè. Ïðè ýòèõ ïðåäïîëîæåíèÿõ
ãäå l — äëèíà ïðîâîëîêè ðåçèñòîðà. Âåëè÷èíà
åñòü íå ÷òî èíîå, êàê ñîïðîòèâëåíèå ðåçèñòîðà. Ðàññìîòðèì ïåðâûé ÷ëåí ïðàâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ (2.3.5). Îí ÷èñëåííî ðàâåí ðàáîòå êóëîíîâñêîãî ïîëÿ, ñîçäàííîãî ïîâåðõíîñòíûìè çàðÿäàìè ïðîâîäíèêà, ïðè ïåðåìåùåíèè åäèíè÷íîãî çàðÿäà âäîëü êîíòóðà îò òî÷êè 1 ê òî÷êå 2, ò. å. ðàçíîñòè ïîòåíöèàëîâ (èëè íàïðÿæåíèþ) íà êîíäåíñàòîðå:
ãäå q — çàðÿä ïðàâîé ïëàñòèíû êîíäåíñàòîðà. Âòîðîé ÷ëåí ïðàâîé ÷àñòè óðàâíåíèÿ (2.3.5) ÷èñëåííî ðàâåí ðàáîòå ñòîðîííèõ ñèë (âèõðåâîãî ýëåêòðè÷åñêîãî ïîëÿ) â êîíòóðå ïî ïåðåìåùåíèþ åäèíè÷íîãî çàðÿäà, ò. å. ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ÝÄÑ ñàìîèíäóêöèè. Ñîãëàñíî çàêîíó ýëåêòðîìàãíèòíîé èíäóêöèè:
Òåïåðü ñèëó òîêà âûðàçèì ÷åðåç ïðîèçâîäíóþ çàðÿäà êîíäåíñàòîðà. Çäåñü èìååòñÿ íåáîëüøàÿ òîíêîñòü. Ïðè âûáðàííîì íàïðàâëåíèè îáõîäà êîíòóðà ñèëà òîêà, íàïðàâëåííîãî îò ïðàâîé ïëàñòèíû êîíäåíñàòîðà, ïîëîæèòåëüíà. Ýòà ïëàñòèíà ðàçðÿæàåòñÿ è åå çàðÿä óìåíüøàåòñÿ. Èçìåíåíèå çàðÿäà Δq çà ìàëûé èíòåðâàë âðåìåíè Δt îòðèöàòåëüíî. Äëÿ òîãî ÷òîáû ñèëà òîêà áûëà ïîëîæèòåëüíîé âåëè÷èíîé, åå íàäî îïðåäåëèòü òàê:
Åñëè áû âìåñòî çàðÿäà q ïðàâîé ïëàñòèíû ìû âçÿëè çàðÿä ëåâîé ïëàñòèíû, òî i = +q'.  íàøåì ñëó÷àå ñïðàâåäëèâî ðàâåíñòâî (2.3.10). Îêîí÷àòåëüíî óðàâíåíèå (2.3.5) çàïèøåì â ôîðìå:
Ýòî è åñòü îñíîâíîå óðàâíåíèå äëÿ ïðîöåññîâ â êîëåáàòåëüíîì êîíòóðå. Îíî àíàëîãè÷íî óðàâíåíèþ (1.9.5) ñ ïðàâîé ÷àñòüþ, ðàâíîé íóëþ. (Òàêîå óðàâíåíèå áóäåò îïèñûâàòü ñâîáîäíûå çàòóõàþùèå êîëåáàíèÿ.)
|
|
|