В колебательном контуре наблюдаются свободные неугасающие
колебания с энергией 0,5 мДж. Частота собственных колебаний в контуре увеличилась
в 2,5 раза при медленном раздвижении пластин конденсатора. Найти работу,
осуществленную против сил электростатического поля.
Answers & Comments
Для визначення роботи, яка була зроблена проти сил електростатичного поля, потрібно знати залежність енергії від зміни параметрів системи. У даному випадку, коли частота коливань змінюється у 2,5 раза, ми можемо використати співвідношення між енергією коливань і їх частотою.
Енергія коливань в колебельному контурі може бути виражена формулою:
E = (1/2) * C * V^2,
де E - енергія коливань, C - ємність конденсатора, V - напруга на конденсаторі.
З медленим раздвиженням пластин конденсатора, ємність C змінюється, але енергія E залишається незмінною (0,5 мДж).
Відомо, що частота коливань змінилась у 2,5 раза. Частота коливань (f) пов'язана з ємністю (C) через формулу:
f = (1/2π) * √(1/LC),
де L - індуктивність контуру.
Якщо частота змінилась у 2,5 раза, то нова частота (f') буде дорівнювати 2,5 раза початковій частоті (f):
f' = 2,5 * f.
З цього випливає, що (1/LC') = (2,5 * f)^2 * (1/LC), де C' - нова ємність.
Оскільки енергія коливань залишається незмінною, можемо записати:
(1/2) * C * V^2 = (1/2) * C' * V'^2,
де V' - нова напруга на конденсаторі.
Враховуючи, що (1/LC') = (2,5 * f)^2 * (1/LC), можемо записати:
(1/2) * C * V^2 = (1/2) * (2,5 * f)^2 * C * V^2,
(1/2) * V^2 = (1/2) * (2,5 * f)^2 * V^2,
1 = (2,5 * f)^2.
З цього випливає, що (2,5 * f) = √1,
2,5 * f = 1,
f = 1
дано q=q(t) л- ?
пусть q=qм*сosw*t
i=q'=-qм*w*sinw*t
очевидно Iм=qм*w
w=Iм/qм=10/10^-6=10^7 (c^-1)
w=2*п*f
f=w/2*п=10*10^6/6,28=1,59*10^6 Гц
C=л*f
л=С/f=3*10^8/1,59*10^6=188,7 м - ответ