Электромагнитные колебания - это изменение во времени электрических (q, I, U) и магнитных (B, H) параметров, происходящее в колебательном контуре.
Колебательный контур - это цепь, состоящая их катушки индуктивности и конденсатора.
Колебания в контуре можно вызвать либо сообщив обкладкам конденсатора заряд, либо возбудив в катушке ток (например, поместив ее в переменное магнитное поле).
Процесс электромагнитных колебаний
Уравнение колебаний
Если сопротивление контура равно нулю, то полная электромагнитная энергия в процессе колебаний не меняется.
Это значит, что производная энергии равна нулю:
Отсюда дифференциальное уравнение колебаний
Уравнение имеет решение в виде
, где циклическая частота
Аналогия между механическими и электромагнитными колебаниями
Механическая система | Электромагнитная система |
Масса m | Индуктивность L |
Координата x | Заряд q |
Скорость v | Сила тока i |
Жесткость пружины k | Величина, обратная емкости 1/C |
Потенциальная энергия Wp = kx2/2 | Энергия электрического поля Wel = q2/2C |
Кинетическая энергия Wk = mv2/2 | Энергия магнитного поля Wm = Li2/2 |
Свободные колебания всегда являются затухающими. Для того, чтобы компенсировать потери энергии в процессе колебаний, необходим приток энергии извне. Такие колебания называются вынужденными.
В случае электрических колебаний для возбуждения вынужденных колебаний в цепь нужно добавить переменную ЭДС.