Ответьте на вопросы, страница 85 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

Почему свободные электрические колебания в открытом контуре затухают быстрее, чем в закрытом контуре?

Решение

Свободные электрические колебания в любом колебательном контуре затухают из-за потерь энергии. Основное различие между затуханием в открытом и закрытом контурах заключается в механизмах и интенсивности этих потерь.

В закрытом колебательном контуре, который обычно представляет собой катушку индуктивности и конденсатор, электрическое и магнитное поля в основном сосредоточены внутри компонентов. Энергия колебаний $W = \frac{LI^2}{2} + \frac{q^2}{2C}$ переходит из электрической формы в магнитную и обратно. Главная причина затухания в таком контуре — это активное сопротивление $\text{R}$ проводов, на котором энергия рассеивается в виде тепла (джоулевы потери). Поскольку поля хорошо локализованы, излучение электромагнитных волн в окружающее пространство очень слабое и им, как правило, можно пренебречь.

Открытый колебательный контур, который можно представить как "развернутый" закрытый контур (например, дипольная антенна), устроен иначе. Его геометрия такова, что переменные электрическое и магнитное поля, создаваемые колеблющимися зарядами и токами, простираются далеко в окружающее пространство. Согласно теории электродинамики, ускоренно движущиеся заряды излучают электромагнитные волны. Открытый контур — это, по сути, система, специально созданная для эффективного излучения.

Следовательно, в открытом контуре энергия колебаний расходуется по двум основным каналам: во-первых, на тепловые потери в проводниках, и, во-вторых, на излучение электромагнитных волн. Потери на излучение оказываются очень значительными и, как правило, многократно превышают тепловые потери. Эта быстрая и эффективная отдача энергии в пространство в виде радиоволн и является причиной того, что полная энергия колебаний в открытом контуре иссякает гораздо быстрее, чем в закрытом, где такой канал потерь практически отсутствует.

Ответ: Свободные электрические колебания в открытом контуре затухают быстрее, чем в закрытом, потому что в дополнение к тепловым потерям на сопротивлении проводников (которые являются основным механизмом потерь в закрытом контуре) в открытом контуре возникают очень интенсивные потери энергии на излучение электромагнитных волн в окружающее пространство. Этот второй механизм потерь является доминирующим и приводит к быстрому расходованию энергии колебаний.