Ответьте на вопросы, страница 22 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Будут ли происходить колебания в контуре, если катушку индуктивности заменить на реостат?

2. Благодаря какому явлению происходит перезарядка конденсатора?

3. Какую катушку: большей или меньшей индуктивности, необходимо подключить в колебательный контур для увеличения времени перезарядки конденсатора?

1. Будут ли происходить колебания в контуре, если катушку индуктивности заменить на реостат?
Электромагнитные колебания в контуре возможны благодаря периодическому обмену энергией между электрическим полем конденсатора и магнитным полем катушки индуктивности. Реостат — это резистор, элемент, который обладает активным сопротивлением. Его основное свойство — преобразовывать электрическую энергию в тепловую. В отличие от катушки индуктивности, реостат не способен накапливать энергию в магнитном поле и возвращать её обратно в цепь. Если в контуре заменить катушку на реостат, то заряженный конденсатор просто разрядится через него. Вся энергия, запасённая в конденсаторе, выделится на реостате в виде тепла. Процесс будет апериодическим (не колебательным), и перезарядки конденсатора не произойдёт.

Ответ: Нет, колебания происходить не будут, так как реостат только рассеивает энергию, а не накапливает её в магнитном поле.

2. Благодаря какому явлению происходит перезарядка конденсатора?
Перезарядка конденсатора в колебательном контуре осуществляется благодаря явлению электромагнитной самоиндукции в катушке. Когда заряженный конденсатор разряжается, ток в катушке нарастает, и энергия электрического поля переходит в энергию магнитного поля катушки. После полной разрядки конденсатора ток в катушке максимален. Затем ток начинает убывать, что приводит к возникновению в катушке ЭДС самоиндукции. Согласно правилу Ленца, эта ЭДС направлена так, чтобы поддержать убывающий ток. ЭДС самоиндукции заставляет ток течь в прежнем направлении, заряжая конденсатор, но уже с противоположной полярностью обкладок. Таким образом, энергия магнитного поля катушки снова переходит в энергию электрического поля конденсатора.

Ответ: Перезарядка конденсатора происходит благодаря явлению электромагнитной самоиндукции.

3. Какую катушку: большей или меньшей индуктивности, необходимо подключить в колебательный контур для увеличения времени перезарядки конденсатора?
Время перезарядки конденсатора равно половине периода свободных электромагнитных колебаний в контуре ($t_{перезарядки} = T/2$). Период колебаний в LC-контуре определяется формулой Томсона: $T = 2\pi\sqrt{LC}$, где $\text{L}$ — индуктивность катушки, а $\text{C}$ — ёмкость конденсатора. Соответственно, время перезарядки можно выразить как $t_{перезарядки} = \pi\sqrt{LC}$. Из этой формулы видно, что время перезарядки прямо пропорционально квадратному корню из индуктивности ($t_{перезарядки} \sim \sqrt{L}$). Следовательно, чтобы увеличить время перезарядки конденсатора, необходимо увеличить индуктивность катушки, подключённой в контур. Чем больше индуктивность, тем "инертнее" ведёт себя ток в цепи, и тем медленнее происходят все процессы, включая перезарядку.

Ответ: Для увеличения времени перезарядки конденсатора необходимо подключить катушку большей индуктивности.