Circuito oscillante

IL CIRCUITO OSCILLANTE

Il circuito oscillante (L-C) è composto da un generatore di corrente continua (pila), una bobina, un condensatore ed un deviatore. Chiuso il deviatore in posizione 1, il condensatore di capacità C si carica per la presenza della pila e una certa quantità di energia si accumula tra le sue armature. Escludendo la pila dal circuito (posizione 2), il condensatore si scarica sulla bobina d’induttanza L, così l’energia del campo elettrico diminuisce e quella del campo magnetico aumenta finché il condensatore è scarico.

Carica del condensatore
Se l’interruttore è in posizione 1, nel circuito passa una corrente che carica le ramature del condensatore. La corrente cessa di circolare quando la differenza di potenziale fra le armature è pari alla forza elettromotrice del generatore. Fra le armature si crea un campo elettrico in cui è presente un’energia elettrica

Scarica del condensatore
Se l’interruttore è in posizione 2, il condensatore si scarica sulla bobina. Mentre si scarica, nel circuito passa una corrente e il campo magnetico nella bobina aumenta. L’energia del campo elettrico del condensatore diminuisce fino ad annullarsi, mentre l’energia del campo magnetico aumenta fino a raggiungere il valore massimo

La corrente dovrebbe annullarsi subito ma, per la legge di Lenz, nasce una forza elettromotrice che si oppone alla diminuzione del flusso dentro la bobina. Ne deriva che la corrente circola ancora e ricarica le armature del condensatore, però con segni opposti a quelli precedenti. Il condensatore si carica finché la corrente si annulla. Tutta l’energia del campo magnetico si è trasferita nel campo elettrico del condensatore che ha una differenza di potenziale di segno opposto a quella precedente. A questo punto il condensatore comincia a scaricarsi di nuovo sulla bobina, poi si ricarica, poi si scarica e così via.
Dal punto di vista energetico il circuito L-C si comporta come un oscillatore armonico in cui l’energia potenziale elastica si trasforma in energia cinetica e viceversa.
In un circuito ideale, cioè con resistenza nulla, non vi sono perdite di energia, perciò il ciclo continua e si ha una corrente oscillante con ampiezza e frequenza costanti (oscillazione persistente).
La frequenza delle oscillazioni è

In un circuito reale ci sono delle perdite per effetto Joule. Le oscillazioni sono smorzate e dopo un po’ di tempo si annullano, a meno che una sorgente esterna non integri l’energia persa.

Il circuito L-C sorgente di onde elettromagnetiche
Il circuito oscillante L-C può essere impiegato per irradiare onde elettromagnetiche. Infatti, il campo elettrico del condensatore varia nel tempo, quindi produce un campo magnetico indotto; il campo magnetico della bobina varia nel tempo, quindi produce un campo elettrico indotto. In entrambi i casi si producono campi elettromagnetici deboli che si propagano nello spazio circostante. Si può dimostrare che solo se la frequenza è elevata il campo elettromagnetico prodotto ha una certa rilevanza.

Le antenne
Per ottenere frequenze di oscillazioni elevate bisogna ridurre l’induttanza e la capacità del circuito. Per ridurre L basta diminuire il numero delle spire della bobina; si ottiene un dipolo magnetico. Per diminuire C basta allontanare le armature del condensatore e ridurre la loro superficie; si ottiene così un dipolo elettrico. Dipolo magnetico e dipolo elettrico sono buone sorgenti (antenne) di onde elettromagnetiche.