Номер 1, страница 97 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 29. Свободные гармонические электромагнитные колебания. Глава 3. Электромагнетизм - номер 1, страница 97.

В О П Р О С Ы

1. Какая электрическая цепь называется колебательным контуром?

Колебательным контуром называется электрическая цепь, которая состоит из соединенных последовательно или параллельно катушки индуктивности и конденсатора. Главное свойство такой цепи — способность к возникновению свободных электромагнитных колебаний, то есть периодических изменений заряда на обкладках конденсатора и силы тока в катушке.

Рассмотрим идеальный колебательный контур, который состоит только из катушки индуктивности $L$ и конденсатора $C$ (без активного сопротивления). Процесс колебаний в нем можно описать следующим образом:

1. Конденсатору сообщают некоторый заряд $q_{max}$, и он запасает энергию электрического поля $W_E = \frac{q_{max}^2}{2C}$. В этот момент ток в цепи равен нулю.
2. Конденсатор начинает разряжаться через катушку индуктивности. В цепи возникает электрический ток, сила которого постепенно нарастает. Этот ток создает в катушке магнитное поле. Энергия электрического поля конденсатора начинает переходить в энергию магнитного поля катушки.
3. Когда конденсатор полностью разрядится (заряд на его обкладках равен нулю), сила тока в катушке достигает максимального значения $I_{max}$. В этот момент вся энергия контура сосредоточена в магнитном поле катушки: $W_M = \frac{LI_{max}^2}{2}$.
4. Несмотря на отсутствие заряда на конденсаторе, ток в цепи не прекращается мгновенно из-за явления самоиндукции. Магнитное поле катушки, уменьшаясь, поддерживает ток в том же направлении, который начинает перезаряжать конденсатор. Полярность на обкладках конденсатора меняется на противоположную.
5. Процесс завершается, когда ток в цепи становится равным нулю, а конденсатор снова полностью заряжен, но с обратной полярностью. Вся энергия опять становится энергией электрического поля.

Далее цикл повторяется в обратном направлении. Таким образом, в контуре происходят периодические превращения энергии электрического поля в энергию магнитного поля и обратно.

Период собственных (свободных) колебаний в идеальном контуре определяется формулой Томсона: $T = 2\pi\sqrt{LC}$

В реальных колебательных контурах всегда присутствует активное сопротивление $R$, на котором происходит потеря энергии (выделяется теплота). Из-за этого свободные колебания в реальном контуре являются затухающими.

Ответ: Колебательный контур — это электрическая цепь, содержащая индуктивность (катушку) $L$ и ёмкость (конденсатор) $C$, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания, представляющие собой периодический переход энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно.