В идеальный колебательный контур включен конденсатор емкостью С = 2,0 мкФ. При свободных электромагнитных колебаниях амплитуда напряжения на его обкладках U0 = 5,0 В. Определите энергию магнитного поля катушки в момент времени, когда мгновенное напряжение на конденсаторе U = 3,0 В
от

1 Ответ

Дано:
- емкость конденсатора C = 2,0 мкФ = 2,0 × 10^(-6) Ф
- амплитуда напряжения на обкладках U0 = 5,0 В
- мгновенное напряжение на конденсаторе U = 3,0 В

Найти: энергию магнитного поля катушки Wm в момент времени, когда U = 3,0 В.

Решение:

1. Энергия полного колебательного контура определяется формулой:
   W = (1/2) * C * U0².

2. Рассчитаем полную энергию W при максимальном напряжении:
   W = (1/2) * (2,0 × 10^(-6)) * (5,0)².

3. Вычислим:
   W = (1/2) * (2,0 × 10^(-6)) * 25 = (1/2) * (5,0 × 10^(-5)) = 2,5 × 10^(-5) Дж.

4. В момент времени с заданным мгновенным напряжением U на конденсаторе энергия, хранящаяся в электрическом поле, равна:
   We = (1/2) * C * U².

5. Подставляем значения для U = 3,0 В:
   We = (1/2) * (2,0 × 10^(-6)) * (3,0)².

6. Вычислим:
   We = (1/2) * (2,0 × 10^(-6)) * 9 = (1/2) * (1,8 × 10^(-5)) = 9,0 × 10^(-6) Дж.

7. Теперь найдем энергию магнитного поля Wm, используя соотношение:
   Wm = W - We.

8. Подставляем значения:
   Wm = (2,5 × 10^(-5)) - (9,0 × 10^(-6)).

9. Вычислим:
   Wm = 1,6 × 10^(-5) Дж.

Ответ: энергия магнитного поля катушки в момент времени, когда мгновенное напряжение на конденсаторе U = 3,0 В, составляет 1,6 × 10^(-5) Дж.
от