Номер 1, страница 162 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

12.5. Вынужденные электромагнитные колебания. Резонанс. 12. Электромагнитные колебания и волны - номер 1, страница 162.

Решение.

Решение 2.

Вынужденные и свободные электромагнитные колебания — это два фундаментально разных типа колебательных процессов в электрических цепях. Их различия касаются причины возникновения, частоты, амплитуды и условий существования.

Свободные (собственные) электромагнитные колебания — это колебания, которые возникают в колебательном контуре (состоящем, как минимум, из катушки индуктивности $L$ и конденсатора $C$) после того, как ему сообщили начальный запас энергии и предоставили самому себе. Например, зарядили конденсатор и замкнули его на катушку.

Вынужденные электромагнитные колебания — это колебания, которые происходят в электрической цепи под действием внешней периодически изменяющейся электродвижущей силы (ЭДС), например, от генератора переменного тока.

Ключевые отличия между ними можно свести к следующим пунктам:

1. Причина возникновения и источник энергии

Свободные колебания происходят за счёт первоначально запасённой в контуре энергии. Внешний источник энергии отсутствует, и система колеблется, пока вся энергия не рассеется.

Вынужденные колебания поддерживаются за счёт непрерывного притока энергии от внешнего источника. Этот источник компенсирует потери энергии в цепи и заставляет её колебаться.

2. Частота колебаний

Свободные колебания всегда происходят на собственной частоте колебательного контура $ \omega_0 $, которая определяется его параметрами — индуктивностью $L$ и ёмкостью $C$. Для идеального контура (без сопротивления) собственная циклическая частота находится по формуле Томсона: $ \omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}} $.

Вынужденные колебания всегда происходят с частотой $ \omega $, равной частоте внешнего источника ЭДС. Эта частота не зависит от параметров самого контура.

3. Амплитуда и затухание

Свободные колебания в любом реальном контуре, обладающем активным сопротивлением $R$, являются затухающими. Их амплитуда со временем уменьшается из-за потерь энергии на нагревание проводников, и в итоге колебания прекращаются.

Вынужденные колебания являются незатухающими. После установления стационарного режима их амплитуда остается постоянной, так как внешний источник восполняет все потери энергии.

4. Явление резонанса

Для вынужденных колебаний характерно явление резонанса. Резонанс — это резкое возрастание амплитуды вынужденных колебаний (силы тока, напряжения), которое наблюдается, когда частота вынуждающей силы $ \omega $ приближается к собственной частоте колебательной системы $ \omega_0 $.

Для свободных колебаний понятие резонанса не применимо, так как отсутствует внешняя периодическая сила.

Ответ: Вынужденные электромагнитные колебания отличаются от свободных тем, что они поддерживаются внешним источником энергии и происходят на частоте этого источника, а не на собственной частоте системы. Вследствие этого вынужденные колебания являются незатухающими (в отличие от затухающих свободных колебаний в реальных цепях) и для них характерно явление резонанса.