电是这一切的开始。AC发电机把机器的力气变成了电,工厂亮了灯,信息时代也偷偷启动了。语言和文字不再需要导线,全靠电磁波在空气中跑。这本书里第四章讲的就是那个让电流在电路里来回变的电磁振荡。交流电里电流的大小和方向老是变,升到高频就成了振荡电流。能自己产生这种电流的电路叫振荡电路,电压和电流像钟摆一样晃悠,就是电磁振荡。为啥要研究它?电磁炉用的高频电,回旋加速器里那种强电场,都不是发电机直接送出来的,得先整流成直流,再通过振荡电路和逆变电路加工。没有电磁振荡,高频电就没法用。还有无线广播、电视、手机信号,全是靠LC回路里的电场和磁场跑出去形成的。把一个自感线圈跟一个电容连起来,这就是最简单的LC回路。用个单刀双掷开关来控制电源给电容充电或者放电。给电容充上电,电荷量就是CE;然后断开开关给线圈放电,电流马上变大,线圈却因为自感效应使劲拦着;电流过零后线圈又把刚才的能量反着还给电容充电。这样来回摆动,电荷量在最大和零之间动,电流就成了正弦波那样震荡起来。按照公式算出来的结果是:只要损耗忽略不计,电容电荷量q等于Q₀乘以cos(ωt+φ₀),电流i是负的ω乘以Q₀再乘以cos(ωt+φ₀),这里的ω平方等于1除以LC。一旦确定了频率f等于1除以2π乘以根号LC,电路就像上了发条一样自己动起来。为什么频率只跟LC有关?电容越大一次能装的电荷越多,放电时间长了周期就大;线圈自感大了阻拦电流变化的劲儿也大。数学上说ω等于根号(1/LC),这就把电容和自感这两股力量捆在了一起。想改频率只能变C或者变L。理想世界里电场和磁场的能量互相转来转去总量不变,这叫无阻尼振荡;但现实中有电阻会偷走能量,电场和磁场慢慢没了叫阻尼振荡。广播想传得远得把能量补上去——要么少损耗(用屏蔽或者调谐),要么把频率推高(辐射强度跟频率的四次方成正比)。普通的LC回路因为能量锁在里面出不来辐射得很微弱。想让它发射信号就得把电容做成大间距的小面积结构,把线圈拉成天线状的直线形。同时降低Q值(用并联电阻或者本来就有的损耗),回路变成开放电路,高频能量就能跑到四面八方去了。 空间里全是电台和手机塔发出来的电磁波,接收器想从中捞出想听的那个频率就得让自家回路跟发射源的频率一样。这时候回路里的电流最强叫电谐振。拧动可变电容来改变参数就是调谐;调好之后接收机就像把门打开了一样。低频信号(比如声音图像)直接发不出去?那就把它“骑”在高频载波上(也就是振荡电流)。常见的有两种方法:调幅(AM)让高频幅度跟着低频的变化起伏;调频(FM)让高频频率跟着低频的变化起伏。调好的信号发到天上之后可以走天波、地波或者空间波三种路到达接收端。解调就是调制的逆过程:把低频信息从高频外壳里“抠”出来还原成声音图像或者文字。 从发电机到无线电波这两端看似没什么关系其实都被LC回路连在了一起:高频交流电→电磁波→信息载体→调制→解调→还原信息这条链路上的每个环节都离不开LC的帮助——电容和电感不光决定了频率高低还决定了我们能不能听到广播看到电视聊微信。