Задачи › Самоиндукция, энергия магнитного поля

Три разомкнутых кольца

  1. Три разомкнутых кольца

    Санкт-Петербургская 2021/22, 11 кл.
    7/10

    Три одинаковых разомкнутых кольца изготовлены из проволоки, покрытой изоляцией. Электрическое сопротивление каждого кольца \(R\), индуктивность \(L\). Три кольца сложили вместе, так что расстояние между проволоками пренебрежимо мало. К первому кольцу подключили переменное напряжение с амплитудой \(U_1\) и частотой \(\nu\). Второе кольцо закоротили, третье оставили разомкнутым. Найдите амплитуду колебаний напряжения на третьем кольце.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Магнитный поток пронизывает все кольца одинаково, поэтому ЭДС индукции в каждом кольце одна и та же. Запишите закон Ома для первых двух колец и сложите их, чтобы получить уравнение на сумму токов.

    Ответ

    \(U_3 = \dfrac{\omega L U_1}{\sqrt{R^2+4L^2\omega^2}}\), где \(\omega = 2\pi\nu\).

    Решение

    Магнитный поток \(\Phi = L(I_1+I_2)\) одинаков во всех трёх кольцах, поэтому ЭДС индукции \(\mathcal{E} = -L(\dot I_1+\dot I_2)\). Для первого кольца \(U_1\cos\omega t + \mathcal{E} = I_1R\), для второго (без источника) \(\mathcal{E} = I_2R\). Сложив их, получаем \[U_1\cos\omega t - 2L\dot I = IR, \qquad I = I_1+I_2.\] Установившийся ток \(I = I_0\cos(\omega t-\varphi)\), где \[I_0 = \frac{U_1}{\sqrt{R^2+4L^2\omega^2}}, \qquad \operatorname{tg}\varphi = \frac{2L\omega}{R}.\] Амплитуда ЭДС индукции в третьем кольце (напряжение на его разомкнутых концах) равна \(LI_0\omega\), откуда \[U_3 = \frac{\omega L U_1}{\sqrt{R^2+4L^2\omega^2}}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи