Номер 4, страница 123 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 24. Электромагнитные колебания - номер 4, страница 123.

Условие.

4. Почему сила тока (см. рис. 124) в течение второй четверти периода уменьшается постепенно?

Решение.

4. Решение

Данный вопрос относится к процессам, происходящим в идеальном колебательном контуре, состоящем из катушки индуктивности ($\text{L}$) и конденсатора ($\text{C}$).

Вторая четверть периода колебаний (промежуток времени от $t = T/4$ до $t = T/2$) начинается в тот момент, когда конденсатор полностью разряжен, а сила тока в катушке достигает своего максимального (амплитудного) значения. Вся энергия колебательного контура в этот момент сосредоточена в магнитном поле катушки индуктивности.

Постепенное, а не мгновенное, уменьшение силы тока в течение этого промежутка времени обусловлено фундаментальным явлением электромагнитной самоиндукции.

Процесс можно описать по шагам:

1. В момент $t = T/4$ ток в цепи максимален. Этот ток начинает заряжать конденсатор, в результате чего на его обкладках накапливается электрический заряд. По мере накопления заряда растет напряжение на конденсаторе, которое направлено навстречу току и стремится его уменьшить.

2. Уменьшение силы тока приводит к изменению (убыванию) магнитного потока, пронизывающего витки катушки. Согласно закону электромагнитной индукции, любое изменение магнитного потока через контур порождает в нём электродвижущую силу (ЭДС). В данном случае это ЭДС самоиндукции, которая определяется выражением: $E_{si} = -L \frac{dI}{dt}$.

3. В соответствии с правилом Ленца, индукционный ток (и порождающая его ЭДС самоиндукции) всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Причиной является уменьшение силы тока. Следовательно, ЭДС самоиндукции будет направлена так, чтобы поддержать ток в цепи и замедлить его убывание. Катушка индуктивности проявляет своего рода "инертность" по отношению к изменению тока.

4. В результате совместного действия двух факторов — возрастающего противодействующего напряжения на конденсаторе и поддерживающей ЭДС самоиндукции в катушке — сила тока в контуре уменьшается не скачком, а плавно. Энергия магнитного поля катушки постепенно преобразуется в энергию электрического поля конденсатора. К концу второй четверти периода (в момент $t = T/2$) сила тока становится равной нулю, а конденсатор оказывается полностью заряженным (с полярностью, обратной исходной).

Ответ:

Сила тока в течение второй четверти периода уменьшается постепенно из-за явления самоиндукции. Когда ток начинает убывать, в катушке индуктивности возникает ЭДС самоиндукции, которая, согласно правилу Ленца, препятствует этому убыванию и поддерживает ток. Это "инертное" свойство катушки приводит к плавному спаду тока, в процессе которого энергия магнитного поля катушки постепенно переходит в энергию электрического поля конденсатора.