Ответьте на вопросы, страница 55 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

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

Свободные электрические колебания в любом реальном колебательном контуре являются затухающими, поскольку энергия, запасенная в контуре, постепенно расходуется. Разница в скорости затухания между открытым и закрытым контурами обусловлена различными основными механизмами потерь энергии.

В закрытом колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности и конденсатора, электромагнитное поле в основном сосредоточено между обкладками конденсатора и внутри катушки. Основной причиной затухания колебаний в таком контуре является наличие активного сопротивления $\text{R}$ у проводов и, в первую очередь, у обмотки катушки. При протекании тока через это сопротивление часть электромагнитной энергии контура необратимо преобразуется в тепловую энергию в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Потери на излучение электромагнитных волн в закрытом контуре пренебрежимо малы, так как его размеры обычно значительно меньше длины волны генерируемых колебаний.

В открытом колебательном контуре (который по своей сути является антенной, например, вибратором Герца) геометрия изменена таким образом, чтобы максимизировать взаимодействие с окружающим пространством. В нем также существуют потери энергии на нагревание из-за активного сопротивления. Однако главным и гораздо более мощным механизмом потерь становится излучение электромагнитных волн. Переменный ток в открытом контуре (ускоренное движение зарядов) создает в окружающем пространстве переменное электромагнитное поле, которое отрывается от контура и распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны. Эта волна уносит с собой значительную часть энергии контура. Эффективность этого процесса потерь энергии на излучение намного выше, чем потерь на тепло.

Таким образом, если в закрытом контуре энергия в основном тратится "внутренне" на нагрев, то в открытом контуре к этому добавляется очень интенсивная потеря энергии "внешне" — за счет излучения в пространство.

Ответ: Свободные электрические колебания в открытом контуре затухают быстрее, потому что, в отличие от закрытого контура, где энергия в основном расходуется на нагрев проводников (тепловые потери), открытый контур очень эффективно излучает энергию в окружающее пространство в виде электромагнитных волн. Эти потери на излучение являются доминирующими и приводят к быстрому уменьшению энергии колебаний.