Явление резонанса

Вернемся к нашей схеме. Предположим, что мы будем изменять частоту приложенного напряжения. По мере увеличения частоты индуктивное сопротивление , которое ей пропорционально, тоже увеличивается. Что же касается емкостного сопротивления , оно обратно пропорционально частоте и, следовательно, снижается. Стало быть, на очень низких частотах индуктивное сопротивление чрезвычайно мало, а емкостное сопротивление, напротив, очень высокое. Следовательно, реактивное сопротивление цепи, представляющее собой разность этих сопротивлений, высокое. Но по мере повышения частоты наступает момент, когда достаточно выросшее индуктивное сопротивление становится равным емкостному, которое соответственно уменьшилось.

Рис. 38. Ток в катушке индуктивности отстает по фазе от напряжения (а), а в цепи конденсатора опережает его (б).

Их разность становится равной нулю. Тогда в формуле полного сопротивления под радикалом остается лишь это означает, что в этот момент полное сопротивление равно активному сопротивлению .

Активное сопротивление может быть очень низким. В том случае, когда частота достигнет такого значения, при котором индуктивное и емкостное сопротивления сравняются, полное сопротивление цепи станет почти равным нулю. Тогда говорят, что наступает явление резонанса. Ток, протекающий по цепи, достигнет наибольшего значения. При этом между током и создающим его напряжением нет сдвига по фазе. Все происходит так, если бы цепь обладала только очень низким активным сопротивлением.

Само собой разумеется, что при дальнейшем повышении частоты приложенного напряжения вновь появится реактивное сопротивление, потому что индуктивное сопротивление станет больше емкостного. Если раньше ток опережал по фазе напряжение, то теперь он отстанет от напряжения по фазе, так как теперь преобладает индуктивное сопротивление (рис. 38).

Могу ли я предложить вам еще один расчет, не выходящий за пределы элементарной математики? Весьма важно определить значение резонансной частоты, при которой реактивное сопротивление становится равным нулю, а это, вы знаете, наступает, когда индуктивное сопротивление становится равным емкостному. Запишем это условие, выразив индуктивное и емкостное сопротивления уже знакомыми вам формулами:

Разделив оба члена последнего равенства на и умножив их на f, получаем:

Извлечем квадратный корень из обоих членов этого равенства и получим следующее выражение:

Таково значение частоты резонанса. Это основная формула в области радиоэлектроники.

Можно также определить период Т, который представляет собой величину, обратную частоте ). Вы знаете, что Т — длительность каждой пары полупериодов переменного напряжения. Следовательно, период резонанса равен:

Теперь, когда мы рассмотрели явление резонанса в цепи, состоящей из последовательно соединенных катушки и конденсатора, я предоставляю тебе, мой дорогой племянник, возможность объяснить Незнайкину, что такое колебательный контур, его избирательность, как поддержать в нем колебания и т. д. Не падай духом!