Н. — Я думаю, что самоиндукция катушки воспрепятствует разрядному току мгновенно достичь большой величины. Он, следовательно, будет нарастать постепенно и достигнет максимума, когда конденсатор уже будет разряжен. Из-за самоиндукции ток не упадет мгновенно до нуля, а будет снижаться, заряжая в это время конденсатор, но заряд будет при этом иметь противоположную по сравнению с исходной полярность. Когда ток, наконец, станет равным нулю, конденсатор будет вновь заряжен. И все начнется сначала в обратном направлении. Итак, ток будет бесконечно переходить, заряжая конденсатор то в одном направлении, то в другом. И все это будет происходить в силу инерции, которая характерна для самоиндукции.

Л. — Я спрашиваю тебя, Незнайкин, не подсмотрел ли ты в учебнике по электричеству, насколько правилен твой ответ…

В самом деле, ток совершает колебания в цепи, которая по этой причине называется колебательным контуром (рис. 40). И ты, несомненно, можешь догадаться, какова частота этих колебаний.

Рис. 40. В колебательном контуре токи имеют синусоидальную форму.

Н. — Это, без сомнения, частота резонанса. Ведь именно для этой частоты наш колебательный контур имеет полное сопротивление, равное нулю или по крайней мере уменьшенное до значения его активного сопротивления.

Л. — Очень верно. И как ты думаешь, будут ли эти колебания продолжаться вечно?

Н. — Увы, ничто не вечно под луной. Как бы ни было мало активное сопротивление, оно при каждом полупериоде будет вызывать небольшую потерю энергии. Поэтому колебания постепенно ослабляются и вскоре полностью прекращаются (рис. 41).

Рис. 41. Колебания, создаваемые разрядом конденсатора через катушку индуктивности, затухают из-за потерь энергии на активном сопротивлении.

Л. — Да, говорят, что они затухают. Затухание колебаний в контуре происходит в основном из-за его активного сопротивления.

Ты, Незнайкин, без малейшей ошибки сделал столько правильных выводов, что я не могу не поздравить тебя.

Поддержание колебаний

Н. — Мне помогло то, что мой мозг нашел аналогию между колебательным контуром и маятником наших старых настенных часов. Даже в том случае, когда часы не заведены, достаточно отвести маятник в конечную точку его траектории, чтобы он пришел в колебательное движение. Но размах этих колебаний из-за сопротивления воздуха постепенно уменьшается. Частота же колебаний маятника туда и обратно — своего рода частота резонанса. Она зависит от его длины и массы.

Л. — Превосходное сравнение!.. Теперь ты знаешь, как достигается непрерывный ход маятника. Для этой цели заводят механизм часов, пружина которого становится как бы консервной банкой, наполненной некоторым количеством энергии. И при каждом колебании маятника пружина сообщает ему небольшой импульс, который только восполняет потерю энергии, вызываемую сопротивлением воздуха. Таким образом, твои часы идут безостановочно. А теперь скажи мне, что нужно сделать в нашем колебательном контуре, чтобы ток мог без ослабления продолжать свои прогулки туда и обратно?

Н. — По аналогии с часами я предполагаю, что при каждом периоде нужно вводить небольшое количество электрической энергии, компенсирующей потери, вносимые активным сопротивлением. Но я не вижу, как практически можно осуществить этот ввод энергии.

Л. — Такой ввод энергии можно выполнить методом индукции, пропуская ток резонансной частоты через катушку, индуктивно связанную с катушкой нашего колебательного контура. Можно также непосредственно соединить соответствующий источник напряжения с обкладками конденсатора (рис. 42).

Рис. 42. Ввод энергии в колебательный контур с помощью взаимной индукции (а) или путем непосредственного включения контура (б).

Н. — Я предполагаю, что этот источник будет отдавать очень мало энергии, так как требуется лишь восполнить небольшие потери на активном сопротивлении.

Л. — Действительно, ток, который пойдет от источника в колебательный контур, исключительно мал. Можно, следовательно, сказать, что по отношению к внешней цепи колебательный контур обладает высоким входным сопротивлением.