Какое изменение произойдет в амплитудном значении силы тока, протекающего через катушку, когда на короткое время

Какое изменение произойдет в амплитудном значении силы тока, протекающего через катушку, когда на короткое время подключат источник напряжением 5 В, при условии, что в колебательном контуре содержится катушка с индуктивностью 0,1 Гн и конденсатор ёмкостью 0,9 мкФ, и энергия электромагнитного поля в контуре равна 1,8 мкДж в момент, когда напряжение на конденсаторе максимально?
Smesharik

Smesharik

Чтобы решить эту задачу, нужно воспользоваться законом сохранения энергии. Для начала, определим энергию, хранящуюся в катушке и конденсаторе до момента подключения источника напряжения.

Энергия, хранящаяся в катушке:
\[E_L = \frac{1}{2} \cdot L \cdot I^2\]
где \(L\) - индуктивность катушки, \(I\) - ток, проходящий через катушку.

Энергия, хранящаяся в конденсаторе:
\[E_C = \frac{1}{2} \cdot C \cdot V^2\]
где \(C\) - ёмкость конденсатора, \(V\) - напряжение на конденсаторе.

Из условия задачи нам известно, что энергия электромагнитного поля в контуре равна 1,8 мкДж, и она достигает максимального значения, когда напряжение на конденсаторе максимально. То есть, \(E_C\) достигает максимума и равна 1,8 мкДж.

Теперь, воспользуемся формулой для энергии, хранящейся в конденсаторе:
\[E_C = \frac{1}{2} \cdot C \cdot V^2\]

Подставим известные значения:
\[1,8 \times 10^{-6} = \frac{1}{2} \cdot 0,9 \times 10^{-6} \cdot V^2\]

Упростим выражение:
\[3,6 = 0,45 \cdot V^2\]

Разделим обе части уравнения на 0,45:
\[V^2 = \frac{3,6}{0,45}\]

Вычислим значение в правой части:
\[V^2 = 8\]

Извлекаем квадратный корень с обеих частей:
\[V = \sqrt{8}\]

Таким образом, напряжение на конденсаторе, когда энергия в контуре максимальна, равно \(\sqrt{8}\) В.

Теперь рассмотрим момент, когда на короткое время подключают источник напряжением 5 В. В этот момент, учитывая, что катушка имеет индуктивность 0,1 Гн, мы можем использовать закон Фарадея:
\[V_L = -L \cdot \frac{{dI}}{{dt}}\]
где \(V_L\) - ЭДС индукции, создаваемая катушкой, \(I\) - ток через катушку.

Поскольку момент подключения источника напряжения короткий, мы можем считать, что изменение тока происходит достаточно быстро, поэтому можно считать \(\frac{{dI}}{{dt}}\) константой и обозначить ее как \(\Delta I\).

Таким образом:
\[V_L = -L \cdot \Delta I\]

Подставим значения из условия задачи:
\[5 = -0,1 \cdot \Delta I\]

Разделим обе части уравнения на -0,1:
\[\Delta I = \frac{{-5}}{{0,1}}\]

Вычислим значение в правой части:
\[\Delta I = -50\]

Таким образом, при подключении источника напряжения на короткое время происходит изменение тока на -50 А.

Теперь рассмотрим изменение амплитуды силы тока, протекающего через катушку. Ток изменяется на величину \(\Delta I\), иначе говоря, амплитудное значение тока увеличивается на -50 А. Поскольку амплитудное значение - это абсолютное значение максимального тока, то для нахождения нового амплитудного значения мы должны взять модуль от \(\Delta I\):

\[|\Delta I| = |-50| = 50\]

Таким образом, изменение амплитудного значения силы тока, протекающего через катушку, составляет 50 А.
Знаешь ответ?
Задать вопрос
Привет!
hello