Номер 1, страница 123 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 24. Электромагнитные колебания - номер 1, страница 123.

Условие.

1. Что представляют собой электромагнитные колебания?

Решение.

1. Электромагнитные колебания — это периодические или почти периодические изменения во времени связанных друг с другом электрического и магнитного полей. Эти колебания являются фундаментальным процессом, лежащим в основе многих явлений, от работы радио до распространения света.

Сущность электромагнитных колебаний заключается во взаимопревращении энергии электрического поля и энергии магнитного поля. Согласно уравнениям Максвелла, изменяющееся во времени магнитное поле порождает вихревое электрическое поле, а изменяющееся во времени электрическое поле (вместе с токами) порождает вихревое магнитное поле. Эта неразрывная связь и является причиной возникновения и поддержания электромагнитных колебаний.

Простейшей системой, в которой могут возникать свободные электромагнитные колебания, является колебательный контур. Он состоит из катушки индуктивности ($\text{L}$) и конденсатора ($\text{C}$).

Процесс колебаний в идеальном LC-контуре (без сопротивления) можно описать следующим образом:
1. Конденсатор заряжается, и в начальный момент времени вся энергия системы сосредоточена в электрическом поле конденсатора: $W_E = \frac{q_m^2}{2C}$, где $q_m$ — максимальный заряд.
2. Конденсатор начинает разряжаться через катушку индуктивности. В цепи возникает электрический ток. По мере уменьшения заряда на конденсаторе и, соответственно, энергии его электрического поля, возрастает ток в катушке, что приводит к увеличению энергии её магнитного поля: $W_M = \frac{LI^2}{2}$.
3. В момент, когда конденсатор полностью разряжен ($q=0$), ток в катушке достигает максимального значения ($I_m$), и вся энергия системы переходит в энергию магнитного поля: $W_M = \frac{LI_m^2}{2}$.
4. Ток не может прекратиться мгновенно из-за явления самоиндукции. Он продолжает течь в том же направлении, перезаряжая конденсатор. Энергия магнитного поля начинает уменьшаться, а энергия электрического поля — снова возрастать.
5. Когда ток в катушке становится равным нулю, конденсатор оказывается полностью перезаряженным (полярность обкладок меняется на противоположную), и вся энергия снова сосредоточена в его электрическом поле.
Далее процесс повторяется в обратном направлении, что и представляет собой электромагнитное колебание.

В идеальном колебательном контуре эти колебания являются гармоническими. Заряд на конденсаторе $\text{q}$ и сила тока $\text{I}$ изменяются по закону синуса или косинуса:
$q(t) = q_m \cos(\omega_0 t + \phi_0)$
$I(t) = q'(t) = -q_m \omega_0 \sin(\omega_0 t + \phi_0) = I_m \cos(\omega_0 t + \phi_0 + \frac{\pi}{2})$
Собственная циклическая частота свободных колебаний в контуре определяется формулой Томсона:
$\omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}}$
Период колебаний:
$T = 2\pi\sqrt{LC}$

В реальных системах всегда присутствует сопротивление, что приводит к затуханию колебаний (энергия расходуется на нагрев проводников). Если же колебания поддерживаются за счет внешнего источника энергии, они называются вынужденными. Если частота внешнего воздействия совпадает с собственной частотой системы, наступает явление резонанса, при котором амплитуда колебаний резко возрастает.

Ускоренно движущиеся заряды создают в окружающем пространстве переменное электромагнитное поле, которое распространяется в виде электромагнитных волн. Электромагнитная волна — это, по сути, распространяющиеся в пространстве и времени электромагнитные колебания.

Ответ: Электромагнитные колебания — это периодические взаимосвязанные изменения напряженности электрического поля ($\text{E}$) и индукции магнитного поля ($\text{B}$), сопровождающиеся взаимными превращениями энергии электрического и магнитного полей.