Колебательный контур состоит из катушки индуктивностью 50 мкГн и конденсатора. Максимальное значение силы тока на катушке равно 40 мА, а максимальное напряжение на конденсаторе 200 В. Чему равна ёмкость конденсатора в пФ?
от

1 Ответ

Дано:
- индуктивность катушки (L) = 50 мкГн = 50 * 10^-6 Гн
- максимальная сила тока (Imax) = 40 мА = 40 * 10^-3 А
- максимальное напряжение на конденсаторе (Umax) = 200 В

Найти:
- ёмкость конденсатора (C) в пФ.

Решение:

1. Используем формулу для вычисления максимального значения энергии в колебательном контуре, где энергия сохраняется между индуктивностью и ёмкостью:

Umax = Imax^2 * R / (2L)

Но в данном случае R не задано, поэтому воспользуемся другой формулой:

Imax = ω * Qmax / L и Umax = ω * Qmax * C,  где Qmax - максимальный заряд на конденсаторе.

2. Для нахождения угловой частоты (ω) используем связь между Imax и Umax:

Imax = Umax / Z, где Z — полное сопротивление.

3. Угловая частота может быть также выражена как:

ω = 1 / √(LC).

Из уравнения Imax = ω * Qmax / L можно выразить Qmax:

Qmax = Imax * L / ω.

4. Объединим уравнения для максимального тока и напряжения:

Umax = Qmax / C.

5. Подставим Qmax из предыдущего шага:

Umax = (Imax * L / ω) / C.

Теперь найдем C:

C = (Imax * L) / (ω * Umax).

6. Теперь подставим ω, используя его определение:

ω = 1 / √(LC).

7. Эта система может быть упрощена, принимая во внимание максимальные значения тока и напряжения:

C = Imax / (Umax * f), где f – частота, которую мы можем выразить через L и C.

8. Вместо этого мы можем использовать отношение максимальных значений:

C = Qmax / Umax = Imax * T / Umax,

где T = 1/f, и будет находиться через L и C. Поскольку полного анализа не требуется, можно воспользоваться начальным соотношением:

C = L * Imax^2 / Umax^2.

9. Подставляем значения:

C = (50 * 10^-6) * (40 * 10^-3)^2 / (200)^2.

Теперь считаем:

C = (50 * 10^-6) * (1600 * 10^-6) / 40000
C = (80 * 10^-9) / 40000
C = 2 * 10^-12 Ф.

10. Переведем ёмкость в пФ:

C = 2 * 10^-12 Ф * 10^12 пФ/Ф = 2 пФ.

Ответ:
Ёмкость конденсатора составляет 2 пФ.
от