Ответьте на вопросы, страница 47 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. В какой цепи переменного тока катушка будет оказывать большее сопротивление: высокой частоты или низкой?

2. Какое свойство катушки позволяет создать колебания силы тока в цепи?

3. Обладает ли катушка индуктивности активным сопротивлением?

4. Почему продолжительность колебаний возрастает при уменьшении активного сопротивления катушки?

1. Индуктивное сопротивление катушки в цепи переменного тока зависит от частоты тока. Оно рассчитывается по формуле:
$X_L = \omega L = 2\pi f L$
где $X_L$ — индуктивное сопротивление, $\omega$ — циклическая частота, $\text{f}$ — линейная частота тока, а $\text{L}$ — индуктивность катушки.
Из этой формулы видно, что индуктивное сопротивление $X_L$ прямо пропорционально частоте $\text{f}$. Следовательно, чем выше частота переменного тока, тем большее сопротивление будет оказывать катушка.

Ответ: Катушка будет оказывать большее сопротивление в цепи переменного тока высокой частоты.

2. Свойство катушки, позволяющее создавать колебания силы тока в цепи, — это её индуктивность. Индуктивность проявляется через явление самоиндукции. При изменении силы тока, проходящего через катушку, изменяется и создаваемое им магнитное поле. Это изменение магнитного потока порождает в катушке ЭДС самоиндукции, которая, согласно правилу Ленца, препятствует изменению тока. В колебательном контуре (состоящем из катушки и конденсатора) катушка способна накапливать энергию в своем магнитном поле ($W_L = \frac{LI^2}{2}$) и затем отдавать её обратно в цепь, обмениваясь энергией с электрическим полем конденсатора. Этот периодический обмен энергией между катушкой и конденсатором и представляет собой электромагнитные колебания, в том числе колебания силы тока.

Ответ: Индуктивность и связанное с ней явление самоиндукции.

3. Да, любая реальная катушка индуктивности обладает активным (омическим) сопротивлением. Идеальная катушка имеет только индуктивность, но в реальности катушка представляет собой проводник (обычно медный провод), намотанный в виде спирали. Любой проводник обладает электрическим сопротивлением, которое зависит от его материала, длины и площади поперечного сечения. Это сопротивление и является активным сопротивлением катушки. При прохождении тока через это сопротивление происходит необратимое преобразование электрической энергии в тепловую (нагрев по закону Джоуля-Ленца).

Ответ: Да, любая реальная катушка индуктивности обладает активным сопротивлением, так как она изготовлена из проводника, имеющего собственное электрическое сопротивление.

4. Продолжительность колебаний в колебательном контуре зависит от потерь энергии. Основной причиной потерь энергии в реальном контуре является наличие активного сопротивления $\text{R}$. При протекании тока через катушку (и другие элементы цепи) часть энергии безвозвратно превращается в тепловую энергию. Мощность этих тепловых потерь определяется законом Джоуля-Ленца: $P = I^2R$.
Чем меньше активное сопротивление $\text{R}$, тем меньше мощность потерь, и, следовательно, тем медленнее расходуется запасенная в контуре энергия. Колебания в этом случае являются затухающими, и их амплитуда уменьшается с течением времени. Уменьшение $\text{R}$ приводит к уменьшению скорости затухания. Таким образом, при меньшем активном сопротивлении колебания затухают медленнее, и для их полного прекращения требуется больше времени, то есть их продолжительность возрастает.

Ответ: Продолжительность колебаний возрастает при уменьшении активного сопротивления, потому что активное сопротивление отвечает за потери энергии в цепи на нагрев. Чем меньше сопротивление, тем меньше потери энергии за каждый период колебаний, и тем медленнее затухают колебания.