第一节、电磁振荡

无线电广播和电视广播都是利用电磁波传播的。导弹和人造卫星的控制，宇宙飞船跟地面的通讯联系，也要利用电磁波．电磁波是什么呢？怎样利用它来传递各种信号呢？这一章就要学习这方面的知识，正如机械振动能够产生机械波一样，电磁振荡能够产生电磁波，我们就从电磁振荡开始学习。

一、电磁振荡的产生

在图 4–1 所示的电路中，先把开关扳到电池组一边，给电容器充电．稍后再把开关扳到线圈一边，让电容器通过线圈放电，我们会看到电流表的指针左右摆动，表明电路里产生了大小和方向作周期性变化的交变电流．通常把这样产生的交变电流叫做振荡电流．能够产生振荡电流的电路叫做振荡电路，图 4–1 中由电感线圈和电容器组成的电路就是一种简单的振荡电路，简称 LC 回路。

用示波器来观察振荡电流，可以看到，在 LC 回路里产生的振荡电流也是按正弦规律变化的。

下面分析 LC 回路里产生振荡电流的过程。

在开关刚扳到线圈一边的瞬间，已被充电的电容器尚未放电，电路里没有电流，电路里的能量全部是电容器里储存的电场能（图 4–2 甲）。

电容器开始放电后，由于线圈的自感作用，电路里的电流不能立刻达到最大值，而是由零逐渐增大，放电过程中，线圈周围产生磁场，并且随着电流的增大而增强；电容器极板上的电荷逐渐减少，电容器里的电场逐渐减弱。这样，电路里的电场能逐渐转化为磁场能，到放电完了时，电流达到最大值，电容器极板上已经没有电荷，电场能全部转化为磁场能（图 4–2 乙）。

电容器放电完了后，由于线圈的自感作用，电路里的电流并不立即减小为零，而是保持原来的方向继续流动，使电容器在反方向上重新充电。在反方向充电过程中，随着电流的减小，线圈周围的磁场逐渐减弱；电容器两极板带上相反的电荷，电容器里的电场随着极板上电荷的增多而增强。这样，电路里的磁场能又逐渐转化为电场能，充电完了时，电流减小到零，电容器极板上的电荷达到最大值，磁场能全部转化为电场能（图 4–2 丙）。

此后电容器再放电，再充电，这样不断地充电和放电，电路中就有了振荡电流，同时电场能和磁场能发生周期性的转化。这种现象叫做电磁振荡。

图 4–2 中的电磁振荡跟机械振动中的自由振动类似，叫做自由振荡。最初给电容器充电，相当于使单摆的摆锤偏离平衡位置，给摆锤一定的重力势能，电路中电场能和磁场能的相互转化，相当于单摆中重力势能和动能的相互转化。

二、无阻尼振荡和阻尼振荡

在自由振荡中，如果没有能量损失，振荡应该持续下去，振荡电流的振幅应该保持不变。这种振荡叫做无阻尼振荡（图 4–3 甲）。可是，实际上在电磁振荡中总要有能量损失，一部分能量由于电路中有电阻而转化为热，还有一部分能量辐射到周围空间中去。这样，振荡电路的能量逐渐损耗，振荡电流的振幅逐渐减小，直到最后停止下来。这种振荡叫做阻尼振荡（图 4–3 乙）。

实际工作中常常需要保持振幅不变的等幅振荡，这种等幅振荡要用振荡器来产生。振荡器靠晶体管（或电子管）周期地把电源的能量补充到振荡电路中，用来补偿振荡过程中的能量损耗，以维持等幅振荡。

练习一

（1）画一条按正弦规律变化的振荡电流的曲线，并在这条曲线上标出对应于图 4–2 甲、乙、丙、丁、戊各个时刻电流值的点。

（2）在图 4–2 所示的电磁振荡中，何时电容器里的电场最强？何时线圈里的磁场最强？电场能和磁场能是怎样相互转化的？

（3）把 LC 回路中产生的自由振荡跟单摆的简谐振动相对比，说明它们类似的地方。

发布时间：2025/4/4 下午10:37:09  阅读次数：203