Номер 3, страница 214 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Что представляет собой колебательный контур?

3. Колебательный контур (или LC-контур) — это простейшая электрическая цепь, в которой могут возникать и поддерживаться свободные электромагнитные колебания. В своей идеализированной форме он состоит из двух пассивных элементов: катушки индуктивности (индуктивность $L$) и конденсатора (ёмкость $C$).

Принцип действия колебательного контура заключается в периодическом обмене энергией между электрическим полем конденсатора и магнитным полем катушки. Этот процесс можно описать по шагам:

1. Предположим, в начальный момент времени конденсатор полностью заряжен, и разность потенциалов на его обкладках максимальна ($U_{max}$). Вся энергия системы сосредоточена в электрическом поле конденсатора и равна $W_E = \frac{CU_{max}^2}{2}$. Ток в цепи отсутствует.
2. Конденсатор начинает разряжаться через катушку. В цепи возникает электрический ток, который постепенно нарастает. По мере уменьшения заряда на конденсаторе энергия его электрического поля убывает, а энергия магнитного поля катушки, создаваемого током ($W_M = \frac{LI^2}{2}$), возрастает.
3. Когда конденсатор полностью разрядится (напряжение на нём станет равно нулю), сила тока в катушке достигнет своего максимального значения ($I_{max}$). В этот момент вся энергия контура переходит в энергию магнитного поля катушки: $W_M = \frac{LI_{max}^2}{2}$.
4. Из-за явления самоиндукции ток в катушке не может прекратиться мгновенно. Убывающее магнитное поле индуцирует ЭДС, которая поддерживает ток в прежнем направлении. Этот ток начинает перезаряжать конденсатор, но с противоположной полярностью обкладок. Энергия магнитного поля катушки преобразуется обратно в энергию электрического поля конденсатора.
5. Когда ток в цепи спадает до нуля, конденсатор оказывается полностью перезаряженным, а напряжение на нём вновь достигает максимального значения, но с обратным знаком. Весь запас энергии снова сосредоточен в электрическом поле.
6. После этого процесс повторяется в обратном направлении, завершая один полный цикл колебаний.

В идеальном колебательном контуре, где активное сопротивление проводов и катушки равно нулю ($R=0$), энергия не теряется, и колебания являются гармоническими и незатухающими. Период таких свободных колебаний определяется знаменитой формулой Томсона:

$T = 2\pi\sqrt{LC}$

В реальном колебательном контуре всегда присутствует некоторое активное сопротивление ($R > 0$). На этом сопротивлении происходит выделение теплоты по закону Джоуля-Ленца, что приводит к диссипации (рассеиванию) электромагнитной энергии. В результате свободные колебания в реальном контуре являются затухающими — их амплитуда со временем уменьшается.

Ответ: Колебательный контур — это электрическая цепь, состоящая как минимум из конденсатора и катушки индуктивности, способная к свободным электромагнитным колебаниям. Эти колебания возникают за счёт периодического превращения энергии электрического поля заряженного конденсатора в энергию магнитного поля катушки с током и обратно. Период собственных колебаний идеального контура (без сопротивления) определяется его индуктивностью $L$ и ёмкостью $C$ по формуле Томсона: $T = 2\pi\sqrt{LC}$. В реальных контурах из-за наличия сопротивления колебания являются затухающими.