Максимальный заряд конденсатора в колебательном контуре равен 6 мкКл, ёмкость конденсатора 2 мкФ, индуктивность катушки 3 Гн. В некоторый момент времени сила тока в катушке равна 2,4 мА. Чему равен модуль заряда конденсатора в этот же момент времени?
назад от

1 Ответ

Дано:
- Максимальный заряд конденсатора Qmax = 6 мкКл = 6 * 10^(-6) Кл.
- Емкость конденсатора C = 2 мкФ = 2 * 10^(-6) Ф.
- Индуктивность катушки L = 3 Гн.
- Сила тока в катушке I = 2,4 мА = 2,4 * 10^(-3) А.

Найти:
- Модуль заряда конденсатора Q в момент времени, когда сила тока равна 2,4 мА.

Решение:

1. В колебательном контуре заряд и ток связаны следующим образом:

   Q = Qmax * cos(ωt)

   I = -Qmax * ω * sin(ωt)

   где ω = 1 / sqrt(LC) - угловая частота колебаний.

2. Находим угловую частоту ω:

   ω = 1 / sqrt(LC) = 1 / sqrt(3 * 2 * 10^(-6)) = 1 / sqrt(6 * 10^(-6)).

   sqrt(6 * 10^(-6)) = sqrt(6) * 10^(-3).

   ω ≈ 1 / (2.449 * 10^(-3)) ≈ 408.25 рад/с.

3. Теперь выразим синус и косинус через силу тока:

   I = -Qmax * ω * sin(ωt)

   2,4 * 10^(-3) = -6 * 10^(-6) * 408.25 * sin(ωt).

   Найдем sin(ωt):

   sin(ωt) = - (2,4 * 10^(-3)) / (-6 * 10^(-6) * 408.25) ≈ 0.0099.

4. Теперь используем соотношение для заряда:

   Q = Qmax * cos(ωt).

   Из тригонометрической идентичности:

   cos^2(ωt) + sin^2(ωt) = 1,

   cos(ωt) = sqrt(1 - sin^2(ωt)).

   Найдем cos(ωt):

   sin^2(ωt) = 0.0099^2 ≈ 9.80 * 10^(-5),

   cos^2(ωt) = 1 - 9.80 * 10^(-5) ≈ 0.999901.

   cos(ωt) = sqrt(0.999901) ≈ 0.99995.

5. Теперь можем найти заряд:

   Q = Qmax * cos(ωt) = 6 * 10^(-6) * 0.99995 ≈ 5.9997 * 10^(-6) Кл.

Ответ:
Модуль заряда конденсатора в этот момент времени равен approximately 5.9997 мкКл.
назад от