Номер 3, страница 169 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

3. Что такое колебательный контур? Какие колебания совершаются в нем?

3. Что такое колебательный контур? Какие колебания совершаются в нем?

Колебательный контур — это простейшая замкнутая электрическая цепь, которая может совершать свободные электромагнитные колебания. В своей базовой конфигурации (так называемый LC-контур) он состоит из катушки индуктивности, соединенной с конденсатором.

В колебательном контуре совершаются свободные электромагнитные колебания. Это периодические изменения таких физических величин, как заряд ($q$) на обкладках конденсатора, напряжение ($U$) на нем и сила тока ($I$) в катушке индуктивности. Процесс колебаний представляет собой непрерывный переход энергии из одной формы в другую:

1. Если зарядить конденсатор и замкнуть цепь, то в начальный момент времени вся энергия системы будет запасена в электрическом поле конденсатора ($W_E = \frac{q_{max}^2}{2C}$).

2. Конденсатор начнет разряжаться через катушку. В цепи возникнет электрический ток, сила которого будет нарастать. Протекающий через катушку ток создает вокруг нее магнитное поле, и энергия электрического поля конденсатора начинает переходить в энергию магнитного поля катушки ($W_M = \frac{LI^2}{2}$).

3. В момент, когда конденсатор полностью разрядится ($q=0$), сила тока и энергия магнитного поля достигнут своего максимального значения. Вся энергия контура окажется сосредоточенной в магнитном поле катушки.

4. После этого магнитное поле начнет убывать, что, в силу явления самоиндукции, приведет к возникновению ЭДС индукции, поддерживающей ток в том же направлении. Этот ток перезарядит конденсатор, но уже с противоположной полярностью. Энергия магнитного поля будет снова переходить в энергию электрического поля.

5. Когда ток в катушке станет равен нулю, конденсатор окажется полностью заряженным, и процесс повторится в обратном направлении. Происходит колебание энергии между конденсатором и катушкой.

В идеальном колебательном контуре, где активное сопротивление проводов равно нулю ($R=0$), потерь энергии не происходит. Колебания в таком контуре являются незатухающими гармоническими. Период этих колебаний определяется по формуле Томсона: $T = 2\pi\sqrt{LC}$, где $L$ — индуктивность катушки, а $C$ — ёмкость конденсатора.

В реальном контуре всегда присутствует активное сопротивление, на котором часть энергии рассеивается в виде тепла. Это приводит к тому, что амплитуда колебаний постепенно уменьшается, и они становятся затухающими.

Ответ: Колебательный контур — это электрическая цепь, содержащая катушку индуктивности и конденсатор, в которой могут возникать свободные электромагнитные колебания. Эти колебания представляют собой периодические изменения заряда, напряжения и тока, сопровождающиеся взаимным превращением энергии электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки. В идеальном контуре колебания являются гармоническими, в реальном — затухающими.