LC電路的電磁原理介紹
電磁場的概念具有高度的概括性,這是一個內涵很豐富的概念,它雖然包括靜電場和電流的磁場,但是電磁場不是電場和磁場簡單的相加。
(1)關於磁場產生電場按照磁場時變的幾種可能情況,
①恆定的磁場不產生電場:例如將變壓器原線圈始終跟電流電源相連,由於穩恆電流產生恆定的磁場,結果副線圈迴路中不產生感生電流――不產生驅動電荷的電場。
②變化的磁場產生電場:根據電磁感應知識,閉合迴路內磁場發生變化時,迴路中產生感生電流。麥克斯韋深刻地洞察到,導體迴路只是體現感應電場存在的工具,實質上只要空間有變化的磁場就會產生電場――它不是由電荷產生的電場。
(Ⅰ)均勻變化的磁場產生恆定的電場:根據法拉第電磁感應定律ε=Δф/Δt可跟上述一樣,由法拉第電磁感應定律得出結論。
(2)關於電場產生磁場;按照電場時變的幾種可能性,分層次講述:
①恆定的電場不產生磁場舉出學生熟知的事例,例如靜止的電荷周圍空間只有靜電場而沒有磁場――恆定的電場不產生磁場。
②變化的電場產生磁場麥克斯韋以他的非凡天才,認為電容器充、放電時,被電容器中斷了傳導電流以另一種方式被接通――連續,他指出電容器內電場的變化相當於電流――象傳導電流一樣,能產生磁場(但不產生人焦耳熱),即變化的電場產生磁場。將大型演示用的平行板電容器跟感應圈接通,在電容極板間放入自由小磁針,通過自由小磁針的偏轉來說明變化的電場產生了磁場。
(Ⅰ)均勻變化的電場產生恆定的磁場:若電容器上電荷均勻變化的,則傳導電流I=ΔQ/Δt為穩恆電流,它在空間要產生恆定的磁場。當電容器上電荷隨時間均勻變化時,要引起極板間電場的均勻變化,均勻變化的電場像穩恆傳導電流一樣,要在空間產生恆定的磁場。
(Ⅱ)不均勻變化的電場產生變化的磁場用跟上述類似的敘述方法得出結論。
(3)電磁場根據上述兩個方面的推理,引伸指出:一般地,不均勻變化的電場(例如振盪電流)所產生的磁場也是不均勻變化的,這個磁場又要產生不均勻變化的電場。可見,變化的電場和磁場總是相互聯繫著的,形成一個不可分離的統一體,這就是電磁場。
電磁場存在形式特殊形式一般形式靜電場靜磁場變化的電磁場產生條件
(1)由靜止的電荷產生。
(2)由均勻變化的磁場產生。
(3)由穩恆電流產生。
(4)由均勻變化的電場產生。互相依存的非均勻變化的電場和磁場。
LC電路的基本工作過程
沖電完畢(放電開始):電場能達到最大,磁場能為零,迴路中感應電流i=0。
放電完畢(充電開始):電場能為零,磁場能達到最大,迴路中感應電流達到最大。
充電過程:電場能在增加,磁場能在減小,迴路中電流在減小,電容器上電量在增加。從能量看:磁場能在向電場能轉化。
放電過程:電場能在減少,磁場能在增加,迴路中電流在增加,電容器上的電量在減少。從能量看:電場能在向磁場能轉化。
在振盪電路中產生振盪電流的過程中,電容器極板上的電荷,通過線圈的電流,以及跟電流和電荷相聯繫的磁場和電場都發生周期性變化,這種現象叫電磁振盪。
兩種LC電路的比較
(1)電容反饋型電路的優缺點:
優點:由於輸出端和反饋電路是電容,對高次諧波電抗小,振盪波形更接近正弦波。振盪頻率可較高。
缺點:用兩個電容調節頻率不方便。(又要F=C1/C2不變)振盪器的振幅不穩定。
(2)電感反饋型電路的優缺點:
優點:用一個電容可方便調節頻率。
缺點:由於反饋電路是電感,振盪波形含有高次諧波多。振盪頻率不高。
LC電路的分析
LC電磁振盪過程涉及的物理量較多,且各個物理量變化也比較複雜。實際分析過程中,如果注意到電場量(電場能、電荷量、電壓、電場強度)和磁場量(磁場能、電流強度、磁感應強度)的異步變化,電場量、磁場量各自的同步變化,充分利用包含電場能、磁場能在內的能量守恆,由能量變化輻射其他物理變化,就可快速地弄清各物理量的變化情況,判斷電路所處的狀態。振盪電流是隨時間正弦變化的高頻電流。運用能量守恆、“同步變化”和“異步變化”規律分析LC振盪電路是很有效的,這個規律有助於理解LC電路。