Номер 3, страница 238 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 7. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 37. Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания - номер 3, страница 238.

Условие.

3. Почему свободные колебания в колебательном контуре затухают?

Решение.

3. Почему свободные колебания в колебательном контуре затухают?

Свободные колебания в идеальном колебательном контуре, состоящем только из идеальной катушки индуктивности ($\text{L}$) и идеального конденсатора ($\text{C}$), были бы незатухающими. В таком контуре полная электромагнитная энергия, равная сумме энергии электрического поля конденсатора ($W_E = \frac{q^2}{2C}$) и энергии магнитного поля катушки ($W_M = \frac{LI^2}{2}$), постоянно сохранялась бы, переходя из одной формы в другую.

Однако в любом реальном колебательном контуре существуют неизбежные потери энергии, которые и являются причиной затухания колебаний. Основных причин несколько:

1. Активное сопротивление. Катушка индуктивности и соединительные провода всегда изготавливаются из материалов, обладающих электрическим сопротивлением ($\text{R}$). Когда по контуру протекает электрический ток ($\text{I}$), на этом сопротивлении, согласно закону Джоуля–Ленца, выделяется теплота. Электромагнитная энергия контура переходит во внутреннюю (тепловую) энергию проводников и рассеивается в окружающую среду. Этот процесс является необратимым и приводит к уменьшению полной энергии, запасенной в контуре, с каждым периодом колебаний.

2. Потери в диэлектрике конденсатора. Диэлектрик, находящийся между обкладками конденсатора, не является идеальным изолятором. Из-за этого возникают токи утечки и диэлектрические потери, которые также приводят к преобразованию части электрической энергии в тепло.

3. Излучение электромагнитных волн. Любая система, в которой происходят электромагнитные колебания (особенно на высоких частотах), излучает в окружающее пространство электромагнитные волны. Эти волны уносят с собой часть энергии контура. Открытый колебательный контур, по сути, является простейшей антенной.

Таким образом, из-за совокупности этих факторов полная энергия в реальном колебательном контуре непрерывно уменьшается, что приводит к постепенному уменьшению амплитуды колебаний заряда, напряжения и тока, то есть к их затуханию.

Ответ: Свободные колебания в колебательном контуре затухают из-за неизбежных потерь энергии. Главной причиной является наличие активного сопротивления у проводов и катушки, что приводит к преобразованию части электромагнитной энергии в тепло. Дополнительные потери происходят из-за несовершенства диэлектрика конденсатора и излучения электромагнитных волн в окружающее пространство.