電気振り子

コンデンサは、電界の形でエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを電位として電気的に示します：静電圧 。インダクタは、磁場の形でエネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを電子の運動運動として電気的に示します。電流 。

コンデンサとインダクタは同じリアクティブコインの裏側であり、相補モードでエネルギーを蓄積および放出します。これらの2種類の反応性成分が直接接続されている場合、エネルギーを蓄えるそれらの補完的な傾向は異常な結果を生み出します。

コンデンサまたはインダクタのいずれかが充電状態で起動すると、2つのコンポーネントがそれらの間でエネルギーを交換し、独自のAC電圧および電流サイクルを作成します。

両方のコンポーネントが突然の電圧の印加にさらされると仮定すると（たとえば、瞬間的に接続されたバッテリーから）、コンデンサーは非常に急速に充電され、インダクターは電流の変化に対抗し、コンデンサーを充電状態のままにし、インダクターを放電状態。

初期状態：

充電されたコンデンサ：（+）ピークの電圧。放電したインダクタ：ゼロ電流。

コンデンサは放電を開始し、電圧が低下します。一方、インダクタは、回路内の電流が増加するにつれて、磁場の形で「電荷」を蓄積し始めます。

コンデンサの放電：電圧が低下しています。インダクタの充電：電流が増加しています。

インダクタはまだ充電中ですが、コンデンサが完全に放電されるまで回路に電流が流れ続け、両端の電圧はゼロになります。

コンデンサが完全に放電されました：ゼロ電圧。インダクタが完全に充電されている：最大電流。

インダクタは、電圧が印加されていなくても電流の流れを維持します。実際、同じ方向に電流を維持するために、（バッテリーのように）電圧を生成します。この電流の受け手であるコンデンサは、以前とは逆の極性で電荷を蓄積し始めます。

コンデンサの充電：電圧が上昇します（反対の極性）。インダクタ放電：電流が減少しています。

インダクターのエネルギー予備力が最終的に使い果たされ、電子が停止すると、コンデンサーは、始動時とは逆の極性で完全な（電圧）充電に達します。

コンデンサが完全に充電されています：（-）ピークの電圧。インダクタが完全に放電されました：ゼロ電流。

これで、開始したときと非常によく似た状態になりました。コンデンサは完全に充電されており、回路の電流はゼロです。以前と同様に、コンデンサはインダクタを介して放電を開始し、電流が増加し（以前とは逆方向に）、それ自体のエネルギー予備力が枯渇するにつれて電圧が低下します。

コンデンサの放電：電圧が低下しています。インダクタの充電：電流が増加しています。

最終的に、コンデンサはゼロボルトまで放電し、インダクタは完全に充電されたままになります。

コンデンサが完全に放電されました：ゼロ電圧。インダクタが完全に充電されています：（-）ピークの電流。

同じ方向に電流を維持することを望むインダクターは、再びソースのように機能し、バッテリーのような電圧を生成して流れを継続します。そうすることで、コンデンサは充電を開始し、電流の大きさが減少します。

コンデンサの充電：電圧が上昇しています。インダクタ放電：電流が減少しています。

最終的に、インダクタが電流を維持しようとしてすべてのエネルギーを消費するため、コンデンサは再び完全に充電されます。電圧は再び正のピークになり、電流はゼロになります。これで、コンデンサとインダクタ間のエネルギー交換の1サイクルが完了します。

コンデンサが完全に充電されています：（+）ピークの電圧。インダクタが完全に放電されました：ゼロ電流。

この発振は、プロセスが完全に停止するまで、回路内の漂遊抵抗による電力損失のために振幅が着実に減少し続けます。

全体として、この動作は振り子の動作に似ています。振り子の質量が前後に揺れると、エネルギーが伝達されるのと同じように、運動（運動）からポテンシャル（高さ）にエネルギーが変換されます。電流（電子の運動運動）と電圧（潜在的な電気エネルギー）の交互の形で前後にコンデンサー/インダクター回路で。

振り子の各スイングのピーク高さで、質量は一時的に停止し、方向を切り替えます。この時点で、位置エネルギー（高さ）が最大になり、運動エネルギー（運動）がゼロになります。

質量が反対方向に振り返ると、弦が真下を向いているポイントをすばやく通過します。この時点で、位置エネルギー（高さ）はゼロになり、運動エネルギー（運動）は最大になります。回路と同様に、振り子の前後の振動は、エネルギーを放散する空気摩擦（抵抗）の結果として、着実に減衰した振幅で継続します。

また、回路と同様に、振り子の位置と速度の測定値は、時間の経過とともに2つの正弦波（位相が90度ずれている）をトレースします。

振り子は、低から高に振れるときに、運動エネルギーと位置エネルギーの間でエネルギーを伝達します。

物理学では、機械システムのこの種の自然な正弦波振動は、単振動と呼ばれます。 （多くの場合、「SHM」と略されます）。同じ基本原理が、コンデンサ/インダクタ回路の発振と振り子の動作の両方を支配するため、事実上類似性があります。

振り子の周期的な時間は、質量自体の重量ではなく、質量を保持する弦の長さによって支配されることは、振り子の興味深い特性です。そのため、振動の振幅が減少するのと同じ周波数で振り子が揺れ続けます。振動速度は量とは無関係です そこに蓄えられたエネルギーの。

コンデンサ/インダクタ回路についても同様です。発振速度は、波のそれぞれのピークでの電圧（または電流）の量ではなく、コンデンサとインダクタのサイズに厳密に依存します。

このような回路が振動する電圧と電流の形でエネルギーを蓄えることができるため、タンク回路という名前が付けられました。 。実際に蓄えられているエネルギーの量に関係なく、単一の固有振動数を維持するというその特性は、電気回路の設計において特別な意味を持ちます。

ただし、この振動または共振の傾向 、特定の周波数では、その目的のためだけに設計された回路に限定されません。実際、静電容量とインダクタンスの組み合わせを備えたほぼすべてのAC回路（一般に「LC回路」と呼ばれます）は、AC電源周波数がその固有周波数に近づくと異常な影響を与える傾向があります。

これは、回路の意図された目的に関係なく当てはまります。

回路の電源周波数が回路のLCの組み合わせの固有周波数と正確に一致する場合、その回路は共振の状態にあると言われます。 。異常な影響は、この共振状態で最大になります。

このため、LとCのさまざまな組み合わせで共振周波数がどうなるかを予測し、共振の影響を認識する必要があります。

レビュー：

• コンデンサとインダクタを直接接続すると、タンク回路と呼ばれるものが形成されます。 、振動する（または共振する ）特定の周波数で。その周波数では、エネルギーはコンデンサとインダクタの間で、互いに90度位相がずれた交流電圧と電流の形で交互にシャッフルされます。
• AC回路の電源周波数が、LおよびCコンポーネントによって設定されたその回路の固有振動周波数と正確に一致する場合、共振の条件 到達しているでしょう。

関連するワークシート：

• 無線通信ワークシートの基礎
• レゾナンスワークシート