Номер 2, страница 53, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 76. Практическое применение электромагнетизма. Повторим изученное - номер 2, страница 53.

Условие.

• Что такое электромагнитные колебания?

Решение.

Что такое электромагнитные колебания?
Электромагнитные колебания — это периодические или почти периодические изменения во времени связанных друг с другом электрических и магнитных величин, таких как электрический заряд ($\text{q}$), сила тока ($\text{I}$), напряжение ($\text{U}$), напряжённость электрического поля ($\vec{E}$) и индукция магнитного поля ($\vec{B}$).

Простейшей системой, в которой могут происходить свободные электромагнитные колебания, является колебательный контур. Идеальный колебательный контур состоит из катушки индуктивности ($\text{L}$) и конденсатора ($\text{C}$). Процесс колебаний в нем основан на периодическом превращении энергии электрического поля, запасенной в конденсаторе, в энергию магнитного поля, запасенную в катушке, и обратно.

Рассмотрим этот процесс по шагам:
1. В начальный момент времени конденсатор заряжен до максимального заряда $q_m$. Вся энергия системы сосредоточена в его электрическом поле: $W_э = \frac{q_m^2}{2C}$. Сила тока в цепи равна нулю.
2. Конденсатор начинает разряжаться через катушку. В цепи возникает нарастающий электрический ток, который создает вокруг катушки магнитное поле. Энергия электрического поля переходит в энергию магнитного поля.
3. Когда конденсатор полностью разрядится ($q = 0$), сила тока достигнет своего максимального значения $I_m$. В этот момент вся энергия системы сосредоточена в магнитном поле катушки: $W_м = \frac{LI_m^2}{2}$.
4. Из-за явления самоиндукции ток не может прекратиться мгновенно. Убывающее магнитное поле поддерживает индукционный ток в том же направлении, который начинает перезаряжать конденсатор, но уже с противоположной полярностью обкладок. Энергия магнитного поля переходит обратно в энергию электрического поля.
5. Когда ток станет равным нулю, конденсатор будет снова полностью заряжен, но полярность его обкладок будет обратной. Затем весь процесс повторится в обратном направлении, возвращая систему в исходное состояние.

В идеальном контуре, где активное сопротивление равно нулю ($R=0$), эти колебания являются незатухающими (гармоническими). Период таких свободных колебаний определяется формулой Томсона:
$T = 2\pi\sqrt{LC}$
где $\text{L}$ — индуктивность катушки, а $\text{C}$ — ёмкость конденсатора.

В реальных колебательных контурах всегда присутствует активное сопротивление ($R \neq 0$), на котором энергия рассеивается в виде тепла. Это приводит к тому, что колебания становятся затухающими — их амплитуда со временем уменьшается.

Ответ: Электромагнитные колебания — это периодические взаимосвязанные изменения значений напряжённости электрического поля и индукции магнитного поля, а также связанных с ними величин (электрического заряда, силы тока, напряжения). Они возникают в системах, обладающих индуктивностью и ёмкостью (например, в колебательном контуре), и сопровождаются взаимным превращением энергии электрического и магнитного полей.