Задачи › Электромагнитные колебания, колебательный контур

Заряженный конденсатор замыкают на катушку

  1. Заряженный конденсатор замыкают на катушку

    Физтех 2013/14, 11 кл.
    5/10

    В схеме, показанной на рисунке, все элементы можно считать идеальными, параметры элементов указаны на рисунке. До замыкания ключа конденсатор был заряжен до напряжения \(4\mathcal{E}\). Ключ замыкают.

    Рисунок
    1. Найдите максимальный ток в цепи.

    2. Найдите ток в момент, когда заряд на конденсаторе равен нулю.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    При максимальном токе ЭДС самоиндукции в катушке равна нулю. Запишите закон сохранения энергии с учётом работы источника.

    Ответ

    1) \(I_m = 3\mathcal{E}\sqrt{\dfrac{C}{L}}\);  2) \(I = 2\mathcal{E}\sqrt{\dfrac{2C}{L}}\).

    Решение

    1) При максимальном токе \(I_m\) ЭДС индукции в катушке равна нулю. Тогда напряжение на конденсаторе равно \(\mathcal{E}\), левая обкладка имеет заряд \(C\mathcal{E}\). Работа источника \(A = (C\mathcal{E} - 4C\mathcal{E})\mathcal{E} = -3C\mathcal{E}^2\). Изменения энергий конденсатора и катушки: \(\Delta W_C = \dfrac{C\mathcal{E}^2}{2} - \dfrac{C(4\mathcal{E})^2}{2} = -\dfrac{15}{2}C\mathcal{E}^2\), \(\Delta W_L = \dfrac{LI_m^2}{2} - 0 = \dfrac{LI_m^2}{2}\). По ЗСЭ \(A = \Delta W_C + \Delta W_L\), откуда \(I_m = 3\mathcal{E}\sqrt{\dfrac{C}{L}}\).

    2) По ЗСЭ от момента замыкания ключа до момента равенства нулю заряда конденсатора \((0 - 4C\mathcal{E})\mathcal{E} = \left(0 - \dfrac{C(4\mathcal{E})^2}{2}\right) + \left(\dfrac{LI^2}{2} - 0\right)\). Отсюда \(I = 2\mathcal{E}\sqrt{\dfrac{2C}{L}}\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи