Wo ist das elektrische Feld in einer LCLCLC-Schaltung?

Angenommen, wir haben ein Ideal L C Stromkreis mit einem offenen Schalter zur Zeit T = 0 wo der Kondensator anfänglich auf eine Spannung aufgeladen wird v . Der Moment, in dem der Schalter geschlossen wird, ist typisch L C Schwingungen beginnen. Aber welches elektrische Feld verursacht eigentlich, dass diese Schwingungen beginnen? Zum Zeitpunkt T = 0 + D T Das elektrische Feld im Stromkreis sollte wie folgt aussehen:

Text

Beachten Sie, dass es innerhalb der supraleitenden Drähte kein elektrisches Feld gibt und ebenso kein Feld im supraleitenden Induktor. Wenn dies der Fall ist, wo ist dann das elektrische Feld, das die Anfangskraft liefert, um die Elektronen in Bewegung zu bringen? Wir wissen das F = M A und Elektronen haben eine Masse ungleich Null, so dass sie nur an Geschwindigkeit gewinnen können (sie sind anfänglich in Ruhe bei T = 0 ), wenn an ihrer Position ein elektrisches Feld ungleich Null vorhanden ist. Wo ist also das elektrische Feld, das diese Kraft liefert?

Mein zweites Problem ist, dass es anscheinend keinen Ort gibt, an dem ein elektrisches Feld existieren kann, um die Gegen-EMK zu liefern. Es ist diese Gegen-EMK, die überwunden werden muss, um ein Magnetfeld innerhalb eines Induktors zu erzeugen. Das heißt, wenn wir ein Magnetfeld erzeugen möchten, müssen wir gegen ein elektrisches Feld arbeiten, das der Bewegung der Ladung entgegenwirkt, und diese Energie, die entgegen der Gegen-EMK zugeführt wird, materialisiert sich als Energie innerhalb des von uns erzeugten Magnetfelds. Aber es scheint kein Feld zu geben, das möglicherweise diese resistive Gegen-EMK liefern könnte, um der Bewegung der Ladung des Stroms entgegenzuwirken. Stellen Sie sich das so vor: Stellen Sie sich eine positive Ladung vor, die sich von der positiven Platte zur negativen Platte bewegt, wenn sich der Kondensator entlädt. Bei seiner Durchquerung des Kreises trifft es nicht ein einziges Mal auf ein elektrisches Feld, um ihm die Energie zu nehmen, die es besitzt, und diese Energie in Magnetfeldenergie umzuwandeln? Wo befindet sich also das elektrische Feld, das die Gegen-EMK liefert?

Jede Hilfe zu diesem Thema wäre sehr dankbar, da dieses Problem mich verrückt gemacht hat!

Antworten (4)

Die Tatsache, dass das elektrische Feld in einem idealen Leiter Null ist, steht nicht im Widerspruch zur Tatsache, dass der Strom in den Drähten Null ist, sondern eher das Gegenteil: Selbst ein vernachlässigbares elektrisches Feld im Leiter erzeugt einen beliebig großen Strom.

Auf diese Weise können Sie Ihr Experiment interpretieren. Anfänglich gibt es einen Elektronenüberschuss auf der negativen Panzerung des Kondensators. Solche Elektronen üben untereinander eine Abstoßungskraft aus, sodass sie beim Schließen des Stromkreises beginnen, über den Stromkreis in Richtung der positiven Panzerung des Leiters zu fließen. Dieser Elektronenfluss verringert die Stärke des elektrischen Felds und damit die Energie im Kondensator

Wenn es keine Induktivität gäbe, wäre der im Stromkreis erzeugte Strom ein Dirac-Delta, und die Ladungen würden sich in kürzester Zeit im Stromkreis ausgleichen.

Dies wird jedoch durch die Induktivität verhindert. Die Induktivität erzeugt eine Spannung, die proportional zur zeitlichen Ableitung des Stroms ist. Wenn der Strom eine Spitze hat, haben Sie ein sehr großes Potenzial über der Induktivität. Diese Potentialdifferenz begrenzt den Stromfluss durch die Schaltung. Schließlich wird die Potentialdifferenz entlang der Induktivität so hoch sein, dass sie die Elektronen auf die Panzerung des Kondensators zurückdrückt.

Löst man die Differentialgleichung der Schaltung, sieht man, dass der Strom ein harmonisches Funktionsverhalten hat.

Alternativ kann man dieses Problem auch darin sehen, dass die Gesamtenergie zwischen der Speicherung im elektrischen Feld des Kondensators und der Speicherung im magnetischen Feld der Induktivität oszilliert.

Danke für die Antwort. Okay, das macht alles Sinn, aber ich habe noch ein Problem: Sie geben an, dass "wenn der Strom eine Spitze hat, Sie ein sehr großes Potenzial über dem Widerstand haben", aber die Drähte sowie der Induktor sind supraleitend und haben keinen Widerstand. Wo befindet sich dieses Potential / elektrische Feld, das als Gegen-EMK wirkt, tatsächlich, wenn es nicht in den Drähten oder der Induktivität lokalisiert werden kann?
@SalahTheGoat Ich wollte schreiben "wenn der Strom eine Spitze hat, haben Sie ein sehr großes Potenzial über den INDUKTOR". Ich werde meine Antwort bearbeiten.

Bei idealen Leitern (d. h. σ = ∞ ), kann ein Strom existieren, ohne dass ein elektrisches Feld die Ladungen vorwärts treibt, gemäß dem Ohmschen Gesetz: J → = σ E → . Darüber hinaus ist die Gegen-EMK, von der Sie gesprochen haben, wirklich nur das Linienintegral des E-Felds um die Schaltungsschleife. Es hat einen Wert ungleich Null, weil ein E-Feld den Raum zwischen den Kondensatorplatten durchdringt. Außerdem ist es besser, sich vorzustellen, dass die Energie in einem LC-Schaltkreis in den elektrischen und magnetischen Feldern gespeichert ist, nicht in den Ladungen. Wenn der Strom maximal ist (und die Ladung auf den Kondensatorplatten Null ist), ist auch die im B-Feld gespeicherte Energie maximal. Wenn die Ladung maximal ist (und der Strom Null ist), ist die im E-Feld gespeicherte Energie maximal.

Der Kondensator wirkt als Feder. Wenn der Stromkreis geschlossen wird, beginnen sich die Ladungen im Stromkreis auszubreiten. Die treibende Kraft ist die Abstoßung zwischen Elektronen, und das ist das elektrische Feld.

Der Anstieg des Stroms von seinem anfänglichen Nullwert erzeugt eine Spannung in der Induktivität, da die Beschleunigung einer mit der Feder verbundenen Masse proportional zur Kraft der Saite ist.

Das Ergebnis ist ein oszillierender Strom und eine oszillierende Spannung.

Hinter dem offenen Schalter war ein Feld. Als der Schalter geschlossen wurde, verschwand dieses Feld nicht sofort, sondern wanderte. Das Nullfeld in einem idealen Leiter gilt statisch, aber nicht dynamisch. Transiente Felder können innerhalb eines idealen Leiters existieren.

Wo ist das elektrische Feld in einer LCLCLC-Schaltung?
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