Номер 1, страница 126, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Объясните, почему закрытый колебательный контур не может излучать электромагнитные волны?

1. Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении электрических зарядов. В колебательном контуре происходят гармонические колебания тока и заряда, а значит, носители заряда (электроны) движутся с ускорением. Теоретически, это должно приводить к излучению электромагнитных волн. Однако для закрытого колебательного контура это излучение пренебрежимо мало, поэтому на практике им пренебрегают. Это объясняется несколькими ключевыми причинами:

1. Локализация электромагнитного поля. В идеальном закрытом колебательном контуре, состоящем из конденсатора и катушки индуктивности, энергия попеременно концентрируется либо в электрическом поле между обкладками конденсатора, либо в магнитном поле внутри катушки. Эти поля оказываются "запертыми" внутри элементов контура и практически не выходят в окружающее пространство, чтобы сформировать распространяющуюся волну.

2. Малые размеры по сравнению с длиной волны. Эффективность излучения сильно зависит от отношения размеров излучающей системы $\text{l}$ к длине волны $\lambda$ генерируемых колебаний. Для закрытого контура его размеры обычно намного меньше длины волны собственных колебаний ($l \ll \lambda$). Мощность излучения для такой системы крайне мала. Например, для системы, которую можно рассматривать как электрический диполь, мощность излучения пропорциональна $(l/\lambda)^2$, а для магнитного диполя (которым является виток с током) — $(l/\lambda)^4$. Поскольку величина $l/\lambda$ очень мала, мощность излучения оказывается ничтожной.

3. Взаимная компенсация полей. Поля, создаваемые токами в противоположных участках контура, на большом расстоянии взаимно ослабляют друг друга. Например, если контур представляет собой замкнутую петлю, токи в ее противоположных сторонах текут в разных направлениях, и создаваемые ими магнитные поля имеют тенденцию к компенсации. Аналогично, электрическое поле конденсатора является полем диполя, силовые линии которого замкнуты на небольшом расстоянии между обкладками и быстро ослабевают с удалением от них.

Для того чтобы система эффективно излучала электромагнитные волны, ее преобразуют в открытый колебательный контур (антенну). Для этого, например, раздвигают обкладки конденсатора и выпрямляют соединяющие их провода. В этом случае переменное электрическое поле создается в большом объеме окружающего пространства, и его изменения эффективно распространяются в виде электромагнитной волны.

Ответ: Закрытый колебательный контур не является эффективным излучателем электромагнитных волн, поскольку его электрическое и магнитное поля в основном сосредоточены внутри его компонентов (конденсатора и катушки), а не в окружающем пространстве. Кроме того, размеры контура малы по сравнению с длиной волны, а поля, создаваемые разными его частями, на расстоянии взаимно компенсируются, что делает мощность излучения пренебрежимо малой.