Номер 1, страница 196 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 4. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 45. Вынужденные электромагнитные колебания - номер 1, страница 196.

Условие.

1. Почему свободные электромагнитные колебания являются затухающими?

Решение.

Свободные электромагнитные колебания являются затухающими из-за неизбежных потерь энергии в любом реальном колебательном контуре. В идеальной физической модели, состоящей из идеальной катушки индуктивности ($\text{L}$) и идеального конденсатора ($\text{C}$), полная энергия системы $W = \frac{q^2}{2C} + \frac{LI^2}{2}$ сохраняется, и колебания были бы незатухающими. Однако в реальности всегда существуют факторы, приводящие к рассеиванию (диссипации) энергии.

Основных причин затухания несколько:

— Активное сопротивление. Провода катушки и соединительные проводники обладают электрическим сопротивлением ($\text{R}$). При протекании тока ($\text{I}$) через них, согласно закону Джоуля-Ленца, часть электромагнитной энергии необратимо преобразуется в теплоту. Мощность этих потерь равна $P = I^2 R$. Это является главной причиной затухания в большинстве низкочастотных контуров.

— Излучение электромагнитных волн. Любой колебательный контур, особенно если он является открытым (например, диполь), излучает в пространство электромагнитные волны. Эти волны уносят энергию из контура, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний. Мощность излучения сильно зависит от частоты (пропорциональна четвертой степени частоты, $P \sim \omega^4$), поэтому этот механизм потерь становится значительным на высоких частотах.

— Потери в диэлектрике и сердечнике. В реальном конденсаторе диэлектрик между обкладками не идеален и при его поляризации переменным электрическим полем часть энергии переходит в тепло. Аналогично, если в катушке индуктивности используется ферромагнитный сердечник, в нём возникают потери на перемагничивание (гистерезис) и на вихревые токи (токи Фуко).

Таким образом, из-за постоянной утечки энергии полная энергия контура уменьшается, что и приводит к затуханию колебаний, то есть к постепенному уменьшению их амплитуды.

Ответ: Свободные электромагнитные колебания затухают, так как в реальных колебательных контурах всегда происходят потери энергии. Главными причинами являются: 1) наличие активного сопротивления у элементов контура, что приводит к выделению тепла (нагреву), и 2) излучение электромагнитных волн, уносящих энергию в окружающее пространство.