ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પંદનો — ભીનાશ અને દબાણ વગરના કંપનો

ઇન્ડક્ટર અને કેપેસિટર ધરાવતા સર્કિટમાં વિદ્યુતચુંબકીય સ્પંદનો વિદ્યુત ઉર્જાના સામયિક ચુંબકીય ઉર્જામાં રૂપાંતરણને કારણે થાય છે અને તેનાથી વિપરિત. આ કિસ્સામાં, કેપેસિટરની પ્લેટો પરનો ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ અને કોઇલ દ્વારા વર્તમાનની તીવ્રતા સમયાંતરે બદલાય છે.

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્પંદનો મુક્ત અને ફરજિયાત છે. ફ્રી ઓસિલેશન, નિયમ પ્રમાણે, બિન-શૂન્ય લૂપ પ્રતિકારને કારણે ભીના થાય છે, અને ફરજિયાત ઓસિલેશન સામાન્ય રીતે સ્વ-ઓસિલેશન હોય છે.

હસ્તગત વાઇબ્રેટિંગ સર્કિટમાં ફ્રી ઓસિલેશન, આપણે સૌ પ્રથમ આ સિસ્ટમને સંતુલનમાંથી બહાર લાવવાની જરૂર છે: પ્રારંભિક ચાર્જ q0 સાથે કેપેસિટરને જાણ કરો અથવા કોઇલ દ્વારા વર્તમાન પલ્સ I0 શરૂ કરો.

આ એક પ્રકારના આવેગ તરીકે સેવા આપશે અને સર્કિટમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન થશે - ઇન્ડક્ટિવ કોઇલ દ્વારા કેપેસિટરના વૈકલ્પિક ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગની પ્રક્રિયા શરૂ થશે અને તે મુજબ, કોઇલના ચુંબકીય ક્ષેત્રના ચલ ઉદય અને પતન.

બાહ્ય વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રોમોટિવ બળ દ્વારા સર્કિટમાં જાળવવામાં આવતા ઓસિલેશનને ફરજિયાત ઓસિલેશન કહેવામાં આવે છે. તેથી, જેમ તમે પહેલાથી જ સમજી ગયા છો, સરળ ઓસીલેટીંગ સિસ્ટમનું ઉદાહરણ જેમાં મુક્ત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન જોઇ શકાય છે તે એક ઓસીલેટીંગ સર્કિટ છે જેમાં ઇલેક્ટ્રિક ક્ષમતા C ના કેપેસિટર અને ઇન્ડક્ટન્સ L ની કોઇલ હોય છે.

વાસ્તવિક ઓસીલેટરી સર્કિટમાં, કેપેસિટરને રિચાર્જ કરવાની પ્રક્રિયા સમયાંતરે પુનરાવર્તિત થાય છે, પરંતુ ઓસિલેશન ઝડપથી નાશ પામે છે કારણ કે ઊર્જા મુખ્યત્વે કોઇલ વાયરના સક્રિય પ્રતિકાર R પર વિખેરી નાખવામાં આવે છે.

આદર્શ ઓસીલેટીંગ સર્કિટ સાથે સર્કિટનો વિચાર કરો. ચાલો પહેલા બેટરીમાંથી કેપેસિટર ચાર્જ કરીએ — અમે તેને પ્રારંભિક ચાર્જ q0 આપીશું, એટલે કે, અમે કેપેસિટરને ઊર્જાથી ભરીશું. આ અમે કેપેસિટરની મહત્તમ ઊર્જા હશે.

આગળનું પગલું એ કેપેસિટરને બેટરીથી ડિસ્કનેક્ટ કરવાનું છે અને તેને ઇન્ડક્ટર સાથે સમાંતરમાં કનેક્ટ કરવાનું છે. આ બિંદુએ, કેપેસિટર ડિસ્ચાર્જ થવાનું શરૂ કરશે અને કોઇલ સર્કિટમાં વધતો પ્રવાહ દેખાશે. કેપેસિટર જેટલો લાંબો સમય સુધી ડિસ્ચાર્જ થાય છે, તેટલો વધુ ચાર્જ ધીમે ધીમે કોઇલમાં જાય છે, કોઇલમાં વધુ વિદ્યુતપ્રવાહ બને છે, આમ કોઇલ ચુંબકીય ક્ષેત્રના રૂપમાં ઊર્જાનો સંગ્રહ કરે છે.

આ પ્રક્રિયા તરત જ થતી નથી, પરંતુ ધીમે ધીમે, કારણ કે કોઇલમાં ઇન્ડક્ટન્સ હોય છે, જેનો અર્થ એ છે કે સ્વ-ઇન્ડક્શનની ઘટના થાય છે, જેમાં એ હકીકતનો સમાવેશ થાય છે કે કોઇલ કોઈપણ રીતે વર્તમાનમાં વધારો સામે પ્રતિકાર કરે છે. અમુક સમયે, કોઇલની ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઊર્જા મહત્તમ શક્ય મૂલ્ય Wm સુધી પહોંચે છે (પ્રારંભિક રીતે કેપેસિટરમાં કેટલો ચાર્જ ટ્રાન્સફર કરવામાં આવ્યો હતો અને સર્કિટનો પ્રતિકાર શું છે તેના આધારે).

ઉપરાંત, સ્વ-ઇન્ડક્શનની ઘટનાને કારણે, કોઇલ દ્વારા પ્રવાહ એ જ દિશામાં જાળવવામાં આવે છે, પરંતુ તેની તીવ્રતા ઘટે છે અને ઇલેક્ટ્રિક ચાર્જ આખરે કેપેસિટરમાં ફરીથી એકઠા થાય છે. આ રીતે, કેપેસિટર રિચાર્જ થાય છે. જ્યારે અમે કેપેસિટરને બેટરી સાથે કનેક્ટ કર્યું ત્યારે તેની પ્લેટોમાં પ્રયોગની શરૂઆતમાં કરતાં વિપરીત ચાર્જ ચિહ્નો છે.

કેપેસિટર ઊર્જા આ સર્કિટ માટે મહત્તમ શક્ય મૂલ્ય સુધી પહોંચી ગઈ છે. સર્કિટમાં વર્તમાન બંધ થઈ ગયો છે. હવે પ્રક્રિયા વિરુદ્ધ દિશામાં જવાનું શરૂ થાય છે. અને આ વારંવાર ચાલુ રહેશે, એટલે કે, મુક્ત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન હશે.

જો સર્કિટ R ની સક્રિય પ્રતિકાર શૂન્યની બરાબર હોય, તો પછી કેપેસિટર પ્લેટોની સમગ્ર વોલ્ટેજ અને કોઇલ દ્વારા પ્રવાહ હાર્મોનિક નિયમ - કોસાઇન અથવા સાઇન અનુસાર અનંતપણે બદલાશે. તેને હાર્મોનિક વાઇબ્રેશન કહેવામાં આવે છે. કેપેસિટર પ્લેટ્સ પરનો ચાર્જ પણ હાર્મોનિક કાયદા અનુસાર બદલાશે.

આદર્શ ચક્રમાં કોઈ ખોટ નથી. અને જો તે હોત, તો સર્કિટમાં મુક્ત ઓસિલેશનનો સમયગાળો ફક્ત કેપેસિટરના કેપેસીટન્સ C અને કોઇલના ઇન્ડક્ટન્સ L ના મૂલ્ય પર આધારિત હશે. થોમસનના સૂત્રનો ઉપયોગ કરીને આ સમયગાળો (R = 0 સાથે આદર્શ લૂપ માટે) શોધી શકાય છે:

અનુરૂપ આવર્તન અને ચક્ર આવર્તન નીચેના સૂત્રોનો ઉપયોગ કરીને આદર્શ લોસલેસ સર્કિટ માટે જોવા મળે છે:

પરંતુ આદર્શ સર્કિટ અસ્તિત્વમાં નથી અને વાયરને ગરમ કરવાને કારણે થતા નુકસાનને કારણે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશન ભીના થઈ જાય છે. સર્કિટ પ્રતિકાર R ના મૂલ્યના આધારે, દરેક અનુગામી મહત્તમ કેપેસિટર વોલ્ટેજ અગાઉના એક કરતા ઓછું હશે.

આ ઘટનાના સંબંધમાં, ભૌતિકશાસ્ત્રમાં ઓસિલેશનના લઘુગણક ઘટાડા અથવા ભીનાશ ઘટાડો જેવા પરિમાણ રજૂ કરવામાં આવ્યા છે. તે ઓસિલેશનના સતત બે મેક્સિમા (સમાન ચિહ્નના) ના ગુણોત્તરના કુદરતી લઘુગણક તરીકે જોવા મળે છે:

લઘુગણક ઓસિલેશન ઘટાડો નીચેના સંબંધ દ્વારા આદર્શ ઓસિલેશન સમયગાળા સાથે સંબંધિત છે, જ્યાં એક વધારાનું પરિમાણ રજૂ કરી શકાય છે, કહેવાતા ભીનાશનું પરિબળ:

ભીનાશ મુક્ત સ્પંદનોની આવૃત્તિને અસર કરે છે. તેથી, વાસ્તવિક ઓસીલેટીંગ સર્કિટમાં ફ્રી ડેમ્પ્ડ ઓસિલેશનની આવર્તન શોધવા માટેની ફોર્મ્યુલા આદર્શ સર્કિટ માટેના ફોર્મ્યુલાથી અલગ છે (ડેમ્પિંગ ફેક્ટર ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે):

સર્કિટમાં ઓસિલેશન બનાવવા માટે અનમ્યૂટ, દર અર્ધ-ગાળામાં આ નુકસાનની ભરપાઈ કરવી અને તેની ભરપાઈ કરવી જરૂરી છે. આ સતત ઓસિલેશન જનરેટરમાં પ્રાપ્ત થાય છે, જ્યાં બાહ્ય EMF સ્ત્રોત તેની ઊર્જા સાથે ગરમીના નુકસાનને વળતર આપે છે. બાહ્ય EMF સ્ત્રોત સાથેની ઓસિલેશનની આવી સિસ્ટમને સ્વ-ઓસીલેટીંગ કહેવામાં આવે છે.