Номер 2, страница 146 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 5. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 28. Свободные электромагнитные колебания. Вопросы - номер 2, страница 146.

Условие.

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

Решение.

Решение

Свободные электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности $\text{L}$ и конденсатора $\text{C}$, можно возбудить, сообщив контуру начальный запас энергии. После этого система, предоставленная самой себе, будет совершать колебания, в ходе которых энергия периодически преобразуется из энергии электрического поля конденсатора в энергию магнитного поля катушки и обратно. Существует два основных способа для возбуждения таких колебаний.

Способ 1: Зарядка конденсатора.
Это наиболее распространенный способ. Процесс заключается в следующем:
1. Конденсатор подключают к источнику постоянного тока (например, к батарее) и заряжают до максимального напряжения $U_m$. При этом на его обкладках накапливается максимальный заряд $q_m = C \cdot U_m$, а в электрическом поле конденсатора запасается энергия $W_E = \frac{C U_m^2}{2}$.
2. Заряженный конденсатор отключают от источника и подключают к катушке индуктивности, замыкая контур.
3. Конденсатор начинает разряжаться через катушку, создавая в ней нарастающий ток. Энергия электрического поля ($W_E$) преобразуется в энергию магнитного поля катушки ($W_B = \frac{L I^2}{2}$).
4. Когда конденсатор полностью разрядится, ток в катушке достигнет максимума, и вся энергия перейдет в магнитное поле. Затем, благодаря явлению самоиндукции, катушка будет поддерживать ток, перезаряжая конденсатор в обратной полярности.
Этот циклический процесс преобразования энергии и представляет собой свободные электромагнитные колебания.

Способ 2: Создание начального тока в катушке.
В этом случае начальный запас энергии сообщается магнитному полю катушки:
1. Катушку индуктивности подключают к источнику постоянного тока, в результате чего в ней устанавливается максимальный ток $I_m$. Энергия, запасенная в ее магнитном поле, равна $W_B = \frac{L I_m^2}{2}$.
2. Затем источник тока отключают, одновременно замыкая катушку на незаряженный конденсатор.
3. Ток в катушке не может исчезнуть мгновенно (из-за ЭДС самоиндукции) и начинает заряжать конденсатор. Энергия магнитного поля преобразуется в энергию электрического поля.
4. Когда ток спадет до нуля, конденсатор будет полностью заряжен, и процесс колебаний продолжится, как и в первом способе.

Ответ:
Чтобы возбудить свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре, необходимо сообщить ему начальный запас энергии. Это можно сделать одним из двух способов:
1. Зарядить конденсатор от внешнего источника, а затем подключить его к катушке.
2. Создать ток в катушке с помощью внешнего источника, а затем подключить ее к незаряженному конденсатору.