Номер 2, страница 238 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 7. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 37. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания - номер 2, страница 238.

Условие.

2. Каким образом в колебательном контуре можно возбудить свободные колебания?

Решение.

Решение

Свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре – это периодические изменения заряда на конденсаторе и силы тока в катушке, которые происходят за счет первоначально сообщенной контуру энергии при отсутствии внешних воздействий. Чтобы возбудить такие колебания, необходимо сообщить контуру начальный запас энергии, то есть вывести систему из состояния равновесия. Существует два основных способа это сделать.

1. Зарядить конденсатор

Это наиболее распространенный способ. Сначала конденсатор отключают от контура и подключают к источнику постоянного тока (например, к батарее). Конденсатор заряжается до некоторого максимального напряжения $U_{max}$, накапливая на своих обкладках максимальный заряд $q_{max}$ и запасая энергию электрического поля, равную $W_Э = \frac{C U_{max}^2}{2}$ или $W_Э = \frac{q_{max}^2}{2C}$.

После этого заряженный конденсатор отключают от источника и подключают к катушке индуктивности, замыкая колебательный контур. С этого момента в контуре начинаются свободные колебания: конденсатор начинает разряжаться через катушку, и энергия его электрического поля переходит в энергию магнитного поля катушки ($W_М = \frac{L I^2}{2}$). Когда конденсатор полностью разрядится, сила тока и энергия магнитного поля станут максимальными. Затем, благодаря явлению самоиндукции, ток в катушке не исчезает мгновенно, а продолжает течь, перезаряжая конденсатор в обратной полярности. Энергия магнитного поля обратно переходит в энергию электрического поля. Этот циклический процесс преобразования энергии и есть свободные электромагнитные колебания.

2. Создать ток в катушке индуктивности

Можно сообщить начальный запас энергии катушке индуктивности. Для этого катушку подключают к источнику постоянного тока. В ней устанавливается постоянный ток $I_{max}$, и катушка запасает энергию магнитного поля $W_М = \frac{L I_{max}^2}{2}$. Затем источник тока отключают и одновременно подключают катушку к незаряженному конденсатору. Ток в катушке, стремясь сохраниться за счет самоиндукции, начнет заряжать конденсатор. Это также приведет к возникновению свободных колебаний, где энергия будет переходить от магнитного поля катушки к электрическому полю конденсатора и обратно.

Таким образом, оба способа сводятся к одному: необходимо вывести систему из положения равновесия (когда заряд и ток равны нулю), сообщив ей начальный запас энергии либо в виде энергии электрического поля заряженного конденсатора, либо в виде энергии магнитного поля катушки с током.

Ответ: Чтобы возбудить свободные колебания в колебательном контуре, нужно сообщить ему начальный запас энергии. Чаще всего это делают, заряжая конденсатор от внешнего источника постоянного напряжения, а затем подключая его к катушке индуктивности. Альтернативный способ — создать ток в катушке индуктивности, а затем подключить её к конденсатору.