Где находится электрическое поле в цепи LCLCLC?

Предположим, у нас есть идеал л С схема с разомкнутым выключателем во время т "=" 0 где конденсатор первоначально заряжен до напряжения В . В момент замыкания переключателя типичная л С начнутся колебания. Но какое электрическое поле на самом деле вызывает эти колебания? Вовремя т "=" 0 + д т электрическое поле в цепи должно выглядеть следующим образом:

Текст

Обратите внимание, что внутри сверхпроводящих проводов нет электрического поля, как и в сверхпроводящем индукторе. Если это так, то где находится электрическое поле, создающее начальную силу, приводящую электроны в движение? Мы знаем это Ф "=" м а а электроны имеют ненулевую массу, поэтому они могут только набирать скорость (изначально они покоятся при т "=" 0 ), если в их положении есть ненулевое электрическое поле. Так где же электрическое поле, которое обеспечивает эту силу?

Моя вторая проблема заключается в том, что, похоже, не существует места, где может существовать электрическое поле для обеспечения обратной ЭДС. Именно эту обратную ЭДС необходимо преодолеть, чтобы создать магнитное поле внутри любого индуктора. То есть, когда мы хотим создать магнитное поле, мы должны совершать работу против электрического поля, противодействующего движению заряда, и эта энергия, противодействующая противо-ЭДС, материализуется в виде энергии внутри создаваемого нами магнитного поля. Но, по-видимому, не существует никакого поля, которое могло бы создать эту резистивную обратную ЭДС, противодействующую движению заряда тока. Подумайте об этом так: представьте, что положительный заряд движется от положительной пластины к отрицательной, когда конденсатор разряжается. При обходе цепи, ни разу он не сталкивается с электрическим полем, чтобы забрать энергию, которой он обладает, и преобразовать эту энергию в энергию магнитного поля? Так где же находится электрическое поле, обеспечивающее противо-ЭДС?

Любая помощь по этому вопросу будет принята с благодарностью, так как эта проблема сводила меня с ума!

Ответы (4)

Тот факт, что электрическое поле в идеальном проводнике равно нулю, не противоречит тому факту, что ток в проводах равен нулю, а скорее наоборот: даже незначительное электрическое поле в проводнике производит сколь угодно большой ток.

Вы можете интерпретировать свой эксперимент таким образом. Первоначально на отрицательной броне конденсатора имеется избыток электронов. Такие электроны создают силу отталкивания между собой, поэтому, когда вы замкнете цепь, они начнут течь по цепи к положительной броне проводника. Этот поток электронов снижает напряженность электрического поля и, следовательно, энергию в конденсаторе.

Если бы не было индуктивности, ток, генерируемый в цепи, был бы дельта Дирака, и в мгновение ока заряды уравновесились бы в цепи.

Однако индуктивность предотвратит это. Индуктивность создаст напряжение, пропорциональное производной тока по времени. Если ток имеет всплеск, у вас будет очень большой потенциал на катушке индуктивности. Эта разность потенциалов будет ограничивать ток, протекающий по цепи. В конце концов, разность потенциалов вдоль индуктивности станет настолько высокой, что оттолкнет электроны обратно на броню конденсатора.

Если вы решите дифференциальное уравнение цепи, вы увидите, что ток имеет гармоническое функциональное поведение.

В качестве альтернативы вы можете рассматривать эту проблему как тот факт, что полная энергия колеблется между хранением в электрическом поле конденсатора и сохранением в магнитном поле индуктивности.

Спасибо за ответ. Хорошо, все это имеет смысл, но у меня все еще есть одна проблема: вы утверждаете, что «если ток имеет всплеск, у вас будет очень большой потенциал на сопротивлении», но провода, а также индуктор являются сверхпроводящими и не имеют сопротивления. Где на самом деле находится этот потенциал / электрическое поле, которое действует как противо-ЭДС, если его нельзя найти в проводах или индукторе?
@SalahTheGoat Я хотел написать: «Если у тока будет всплеск, у вас будет очень большой потенциал в INDUCTOR». Я отредактирую свой ответ.

В идеальных проводниках (т. о "=" ∞ ), ток может существовать без какого-либо электрического поля, толкающего заряды, в соответствии с законом Ома: Дж → "=" о Е → . Кроме того, обратная ЭДС, о которой вы говорили, на самом деле представляет собой линейный интеграл электрического поля вокруг контура цепи. Оно имеет ненулевое значение, поскольку поле Е пронизывает пространство между обкладками конденсатора. Кроме того, лучше думать об энергии в LC-контуре как о запасенной в электрическом и магнитном полях, а не в зарядах. Когда ток максимален (и заряд на пластинах конденсатора равен нулю), энергия, хранящаяся в B-поле, также максимальна. Когда заряд максимален (а ток равен нулю), энергия, хранящаяся в E-поле, максимальна.

Конденсатор действует как пружина. Когда цепь замыкается, заряды начинают распространяться по цепи. Движущей силой является отталкивание между электронами, и это электрическое поле.

Увеличение тока от его начального нулевого значения создает напряжение в индукторе, поскольку ускорение массы, соединенной с пружиной, пропорционально силе струны.

Результатом является колебательный ток и напряжение.

За разомкнутым выключателем было поле. Когда переключатель замыкался, это поле не исчезало мгновенно, а мигрировало. Нулевое поле в идеальном проводнике верно статически, но не динамически. Переходные поля могут существовать в идеальном проводнике.

Где находится электрическое поле в цепи LCLCLC?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v