Номер 5, страница 69 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. Чем вызван расход энергии во время электромагнитных колебаний в контуре?

5. Расход энергии во время электромагнитных колебаний в реальном колебательном контуре обусловлен, главным образом, двумя факторами: наличием активного сопротивления и излучением электромагнитных волн.

В модели идеального колебательного контура, состоящего только из идеальной катушки индуктивности $\text{L}$ и идеального конденсатора $\text{C}$, полная электромагнитная энергия системы сохраняется. Она периодически переходит из энергии электрического поля конденсатора $W_E$ в энергию магнитного поля катушки $W_M$ и обратно, но её сумма остается постоянной:

$W = W_E + W_M = \frac{q^2}{2C} + \frac{LI^2}{2} = \text{const}$

В таком случае колебания были бы незатухающими.

Однако в любом реальном контуре существуют потери энергии:

1. Преобразование энергии в теплоту. Любой реальный проводник, включая обмотку катушки индуктивности и соединительные провода, обладает активным сопротивлением $\text{R}$. Когда по контуру протекает электрический ток $\text{I}$, на этом сопротивлении, согласно закону Джоуля-Ленца, выделяется теплота. Мощность тепловых потерь составляет $P = I^2R$. Энергия электромагнитного поля необратимо переходит во внутреннюю (тепловую) энергию проводников, что приводит к постепенному уменьшению общей энергии в контуре и, как следствие, к затуханию колебаний (уменьшению их амплитуды).

2. Излучение электромагнитных волн. Колеблющиеся заряды и токи в контуре являются источником электромагнитных волн, которые распространяются в окружающем пространстве, унося с собой часть энергии контура. Интенсивность этого излучения зависит от частоты колебаний и размеров контура. Для обычных закрытых LC-контуров, используемых в радиотехнике, эти потери, как правило, невелики по сравнению с тепловыми потерями на сопротивлении. Однако для открытых колебательных контуров (например, вибратора Герца или антенны) излучение волн является основным механизмом расхода энергии.

Таким образом, полная энергия в реальном контуре не сохраняется, а постепенно расходуется, что и вызывает затухание электромагнитных колебаний.

Ответ: Расход энергии во время электромагнитных колебаний в контуре вызван, в первую очередь, наличием активного сопротивления его элементов, на котором происходит выделение теплоты (потери по закону Джоуля-Ленца), а также излучением электромагнитных волн в окружающее пространство.