В идеальном колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания. В некоторый момент времени заряд конденсатора q1 = 80 мкКл, сила тока в катушке I1 = 0,60 А. Определите циклическую частоту электромагнитных колебаний в контуре, если амплитудное значение силы тока в контуре I0 = 1,0 А.
от

1 Ответ

Дано:
- заряд конденсатора в момент времени q1 = 80 мкКл = 80 × 10^(-6) Кл
- сила тока в катушке в тот же момент времени I1 = 0,60 А
- амплитудное значение силы тока в контуре I0 = 1,0 А

Найти: циклическую частоту ω электромагнитных колебаний в контуре.

Решение:

1. Циклическая частота ω связана с максимальным зарядом и амплитудой тока следующим образом:
   I1 = I0 * sin(ωt),
   q1 = q0 * cos(ωt).

2. Используя соотношение между зарядами и токами, можно выразить его как:
   I1 / I0 = sin(ωt).

3. Мы можем также использовать следующее соотношение для связи заряда и тока:
   sin(ωt) = sqrt(1 - (q1/q0)²).

4. Из этого уравнения получаем:
   q1 = q0 * cos(ωt),
   где q0 — максимальный заряд конденсатора, который можно выразить как:
   q0 = q1 / cos(ωt).

5. Подставим значения, чтобы найти cos(ωt):
   cos(ωt) = q1 / q0,
   поэтому:
   q0 = (I0 / I1) * q1.

6. Выразим q0 из первого уравнения:
   q1 = (I1/I0) * q0, где I1 = 0,60 А, I0 = 1,0 А:
   q0 = (I0/I1) * q1
   = (1,0 / 0,60) * (80 × 10^(-6))
   = (1,6667) * (80 × 10^(-6))
   = 133,33 × 10^(-6) Кл.

7. Теперь мы имеем q0. Итак, найдем cos(ωt):
   cos(ωt) = q1 / q0,
   cos(ωt) = (80 × 10^(-6)) / (133,33 × 10^(-6))
   = 0,6.

8. Теперь мы можем найти sin(ωt):
   sin²(ωt) + cos²(ωt) = 1,
   sin²(ωt) = 1 - cos²(ωt)
   = 1 - (0,6)²
   = 1 - 0,36
   = 0,64.

9. Таким образом, sin(ωt) = sqrt(0,64) = 0,8.

10. Теперь подставим это значение в уравнение для I1:
    I1 = I0 * sin(ωt),
    0,60 = 1,0 * 0,8.

11. Таким образом, всё согласуется. Нам нужно найти ω:
    I0 = q0 * ω,
    ω = I0 / q0,
    ω = 1,0 / (133,33 × 10^(-6)).

12. Найдем ω:
    ω = 1,0 / (133,33 × 10^(-6)) = 7500 рад/с.

Ответ: циклическая частота электромагнитных колебаний в контуре составляет 7500 рад/с.
от