В колебательном контуре индуктивность катушки 0,2 Гн, а амплитуда колебаний силы тока 40 мА. Найти энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки в тот момент, когда мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного значения.
от

1 Ответ

Дано:
Индуктивность катушки (L) = 0.2 Гн
Амплитуда колебаний силы тока (I) = 40 мА = 40 × 10^(-3) А

Найти:
Энергию электрического поля конденсатора (W_э)
Энергию магнитного поля катушки (W_м)

Решение:
Мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного значения, следовательно, новая амплитуда тока будет I/2.

Новая амплитуда силы тока (I_new) = 40 мА / 2 = 20 мА = 20 × 10^(-3) А

Энергия электрического поля конденсатора (W_э) определяется формулой:
W_э = (1/2) * C * (V^2)

где C - емкость конденсатора, V - напряжение на конденсаторе.

Мгновенное значение напряжения на конденсаторе (V) связано с мгновенным значением силы тока (I_new) следующим образом:
V = I_new * (1 / (2πfC))

где f - частота колебаний, а C - емкость конденсатора.

Чтобы найти частоту (f), используем формулу:
f = 1 / (2π√(LC))

Подставляем значения L и C:
f = 1 / (2π√(0.2 * C))

Сначала найдем f, а затем используем его для нахождения V, а затем W_э.

Далее, энергия магнитного поля катушки (W_м) определяется формулой:
W_м = (1/2) * L * (I^2)

где L - индуктивность катушки, I - сила тока.

Теперь, рассчитаем W_э и W_м.

1. Рассчитаем частоту f:
f = 1 / (2π√(0.2 * C))
   f = 1 / (2π√(0.2 * 400 * 10^(-12)))
   f = 1 / (2π√(0.08 * 10^(-9)))
   f ≈ 398159.36 Гц

2. Рассчитаем напряжение на конденсаторе (V):
V = I_new * (1 / (2πfC))
   V ≈ 20 × 10^(-3) * (1 / (2π * 398159.36 * 400 * 10^(-12)))
   V ≈ 20 × 10^(-3) * (1 / (2π * 159263.744 * 10^(-8)))
   V ≈ 20 × 10^(-3) * (1 / (1.002775779 × 10^(-6)))
   V ≈ 0.019876 В

3. Рассчитаем энергию электрического поля конденсатора (W_э):
W_э = (1/2) * C * (V^2)
   W_э = (1/2) * 400 * 10^(-12) * (0.019876^2)
   W_э ≈ 0.000159032 мДж
   W_э ≈ 159 мкДж

4. Рассчитаем энергию магнитного поля катушки (W_м):
W_м = (1/2) * L * (I^2)
   W_м = (1/2) * 0.2 * (40 × 10^(-3))^2
   W_м = 0.2 * 0.0016
   W_м = 0.00032 Дж
   W_м = 320 мкДж

Ответ: Энергия электрического поля конденсатора составляет 159 мкДж, а энергия магнитного поля катушки - 320 мкДж.
от