Номер 3, страница 132 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 27. Радиопередача - номер 3, страница 132.

Условие.

3. Почему свободные колебания в открытом контуре затухают быстрее, чем в закрытом?

Решение.

Решение

Затухание свободных колебаний в любом колебательном контуре происходит из-за потерь энергии. Существует два основных механизма, приводящих к этим потерям:

1. Потери на активном (омическом) сопротивлении. Провода, из которых сделан контур, всегда обладают некоторым сопротивлением $\text{R}$. При протекании тока $\text{I}$ часть энергии колебаний необратимо переходит в тепловую энергию в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Мощность этих тепловых потерь составляет $P_R = I^2 R$. Этот механизм потерь присутствует как в закрытом, так и в открытом контуре.

2. Потери на излучение электромагнитных волн. Любой контур, в котором происходят электромагнитные колебания (т.е. изменяются со временем электрическое и магнитное поля), излучает в окружающее пространство электромагнитные волны, которые уносят с собой энергию.

Ключевое различие между закрытым и открытым контурами заключается в интенсивности этого излучения.

В закрытом колебательном контуре электрическое поле сосредоточено в малом объеме между обкладками конденсатора, а магнитное поле — внутри катушки индуктивности. Такая конструкция специально создана для того, чтобы "запереть" электромагнитное поле внутри контура и свести к минимуму его взаимодействие с окружающим пространством. Поэтому закрытый контур излучает электромагнитные волны очень слабо. Основной причиной затухания колебаний в нем являются тепловые потери на сопротивлении.

Открытый колебательный контур (простейшим примером которого является дипольная антенна или вибратор Герца) устроен иначе. Его "обкладки конденсатора" разнесены далеко друг от друга, а "катушка" представляет собой прямой проводник. Такая геометрия приводит к тому, что переменные электрическое и магнитное поля занимают большой объем в окружающем пространстве и не являются локализованными. В результате открытый контур является эффективным излучателем (антенной) и интенсивно теряет энергию за счет испускания электромагнитных волн.

Поскольку в открытом контуре к неизбежным тепловым потерям добавляются очень значительные потери энергии на излучение, общая энергия колебаний в нем иссякает гораздо быстрее, чем в закрытом контуре, где потери на излучение пренебрежимо малы.

Ответ: Свободные колебания в открытом контуре затухают быстрее, чем в закрытом, потому что открытый контур, в отличие от закрытого, интенсивно излучает энергию в виде электромагнитных волн в окружающее пространство. Эти потери энергии на излучение значительно превосходят тепловые потери на активном сопротивлении, которые являются основной причиной затухания в закрытом контуре.