Занятие 45 Параллельное соединение L и C. Резонанс токов

В цепи переменного тока, в которой индуктивность и емкость соединены параллельно (см.рис.45.1.) может возникнуть резонанс токов.

Рис.45.1. Схема цепи с параллельно соединенными емкостью и индуктивностью.

В результате резонанса токов общий ток в цепи может быть относительно мал, а в контуре индуктивности и емкости, где происходят электрические колебания, протекает переменный ток, значительно больше общего. Для понимания сущности резонанса токов выясним, как получаются электрические колебания в цепи, состоящей из параллельно соединенных индуктивности и емкости.

Рассмотрим работу схемы.

При подаче напряжения в схему конденсатор заряжается до напряжения источника электрической энергии. Разорвем внешнюю цепь заряда конденсатора. Так как конденсатор остался соединенным с катушкой и является источником электрической энергии, то он начинает разряжаться через витки катушки индуктивности. По катушке протекает ток разряда, в результате которого появляется магнитное поле. Ток будет возрастать постепенно и достигнет наибольшей величины в тотмомент, когда конденсатор разрядится. К этому моменту времени энергия электрического поля конденсатора превратится в энергию магнитного поля катушки индуктивности. Далее запасенная в катушке энергия магнитного поля переходит в энергию электрического поля конденсатора, перезаряжая его через замкнутую цепь. Так этот процесс будет повторяться периодически. Таким образом, в контуре с параллельно соединенными емкостью и индуктивностью возникнут свободные электрические колебания. Поэтому такой контур называют колебательным.

Для возникновения колебаний необходимо первоначально зарядить конденсатор от внешнего источника электрической энергии. В идеальном колебательном контуре R=0.

При резонансе X_L =X_C.

Или Отсюда:

Это значение частоты в контуре называется резонансной частотой. При этой частоте в контуре будут протекать токи значительно бо̀льшие по величине, чем во внешней цепи. Из формулы следует, что изменяя величину емкости или индуктивности можно изменять (настраивать) контур на определенную частоту колебаний. В реальном колебательном контуре колебания всегда затухающие. Это объясняется тем, что проводники реального контура всегда имеют активное сопротивление, поэтому часть энергии колебаний превращается в тепловую энергию и уходит в пространство уменьшая тем самым величину электрической энергии колебаний. Для поддержания колебаний в контуре его соединяют с генератором колебаний, тогда колебания в контуре называются вынужденными.