Электромагнитные колебания. Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре. Собственная частота колебания

Любые колебания в системах - это процессы с многократным периодическим повторением определенных состояний системы. Кроме механических, могут реализовываться колебания особого типа, которые называются электромагнитными (или просто электрическими).
Электромагнитные колебания - это периодические превращения энергии электрического поля в энергию магнитного поля и наоборот, сопровождающиеся повторяющейся сменой параметров электрической цепи (заряда, напряжения, силы тока). Электрическое круг, в котором могут происходить такие преобразования энергии, называется колебательным контуром.
Простейший контур состоит из соединенных между собой конденсатора и проволочной катушки (катушки индуктивности). Целесообразно сравнить колебания в контуре с колебаниями математического маятника:

В состоянии (а) конденсатор имеет начальный запас электрической энергии, а математический маятник - начальный запас потенциальной энергии.
В состоянии (б) конденсатор разряжен, а нить маятника вертикальная; при этом энергия электрического поля конденсатора превратилась в энергию магнитного поля катушки, а потенциальная энергия маятника - на кинетическую энергию.
Состояние (в) механического маятника образуется вследствие движения шарика маятника благодаря инерции, а в случае контура - вследствие явления электромагнитной индукции (магнитное поле катушки, уменьшаясь, индуцировало электрическое поле конденсатора, заряды пластин которого имеют противоположную по сравнению с состоянием (а) полярность.
В состоянии (в) заканчивается половина первого колебания, процессы второй половины () происходят аналогично процессам (), но в обратной последовательности. Состояние (д) полностью совпадает с состоянием (а) и на рисунке не изображен.
Очевидно, что чем больше значение емкости C, тем дольше разряжается конденсатор; чем больше значение индуктивности L, тем дольше катушка теряет магнитное поле. Итак, обе величины находятся только в числителе под знаком корня (в отличие от формул периода Т механических маятников): . Это формула Томсона (лорда Кельвина), которая аналогична формуле периода колебаний пружинного маятника: ведь , а величина, обратная жесткости (податливость, мягкость), аналогичная емкости: .
Собственная частота колебания .