Номер 6, страница 69 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

6. Закрытый колебательный контур заменен открытым колебательным контуром. Почему при этом электрические колебания быстро гаснут?

Электрические колебания в открытом колебательном контуре быстро затухают из-за интенсивного излучения электромагнитных волн. Рассмотрим этот процесс подробнее.

В закрытом колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности и конденсатора, электромагнитное поле в основном сосредоточено внутри и в непосредственной близости от его элементов: электрическое поле — между обкладками конденсатора, а магнитное поле — внутри катушки. Такой контур спроектирован так, чтобы минимизировать излучение энергии в окружающее пространство. Основные потери энергии в закрытом контуре происходят за счет омического сопротивления проводов и катушки, что приводит к превращению электрической энергии в тепло (джоулево тепло). Эти потери вызывают затухание колебаний, но при малом сопротивлении затухание происходит относительно медленно.

При переходе к открытому колебательному контуру (который по сути является дипольной антенной, или вибратором Герца), геометрия системы кардинально меняется. Обкладки конденсатора раздвигаются, а катушка индуктивности фактически заменяется прямым проводом. В результате этого электрическое и магнитное поля перестают быть локализованными в малом объеме и распространяются далеко в окружающее пространство.

Согласно теории Максвелла, ускоренно движущиеся заряды излучают электромагнитные волны. В открытом контуре происходят высокочастотные колебания тока и заряда, что означает, что заряды движутся с ускорением. Это приводит к возникновению переменных во времени электрического и магнитного полей, которые, будучи связанными друг с другом, отрываются от контура и распространяются в пространстве в виде электромагнитной волны.

Этот процесс излучения уносит значительную часть энергии колебательного контура. Энергия, теряемая на излучение, оказывается гораздо больше, чем энергия, теряемая на тепловые потери из-за омического сопротивления. Таким образом, энергия, запасенная в контуре, очень быстро расходуется, что и является причиной быстрого затухания электрических колебаний.

Ответ: Электрические колебания в открытом колебательном контуре быстро гаснут, потому что открытый контур, в отличие от закрытого, является эффективной антенной, интенсивно излучающей энергию в окружающее пространство в виде электромагнитных волн. Эти потери энергии на излучение значительно превышают тепловые потери и приводят к быстрому затуханию колебаний.