Колебания после замыкания ключей
6/10В схеме на рисунке 69.11 конденсатор \(C_1\) ёмкостью \(C\) заряжен до напряжения \(U_0 = 36\) В, а конденсатор \(C_2\) ёмкостью \(8C\) не заряжен. Сначала замыкают ключ \(K_1\), затем — ключ \(K_2\), и в цепи возникают слабо затухающие колебания. Найдите для этих колебаний возможные значения (укажите интервал) начальной амплитуды напряжения на конденсаторе \(C_2\).

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(4\text{ В} \le U \le 12\text{ В}\).
РешениеНаименьшая возможная амплитуда колебаний \(U_1\) на конденсаторе \(C_2\) будет при замыкании ключа \(K_2\) в момент, когда на конденсаторе \(C_1\) напряжение максимальное, т.е. \(U_0\). Конденсатор \(C_2\) быстро зарядится и в цепи выделится энергия (тепло или излучение). При этом новое напряжение на конденсаторе и будет \(U_1\). Так как заряд сохраняется, то \[C_1U_0 = (C_1 + C_2)U_1.\] Отсюда \[U_1 = U_0C_1/(C_1 + C_2).\] Наибольшая возможная амплитуда колебаний \(U_2\) на конденсаторе \(C_2\) будет при замыкании ключа \(K_2\), когда конденсатор \(C_1\) разряжен. По закону сохранения энергии \[C_1U_0^2/2 = (C_1 + C_2)U_2^2/2.\] Отсюда \(U_2 = U_0\sqrt{C_1/(C_1 + C_2)}\). Искомый интервал значений начальной амплитуды напряжения \[U_0C_1/(C_1 + C_2) \le U \le U_0\sqrt{C_1/(C_1 + C_2)}.\] Окончательно находим \(4\text{ В} \le U \le 12\text{ В}\).
Похожие задачи
- Два конденсатора, катушка и источник Физтех 2011/12, 11 кл.
- Заряженный конденсатор ВсОШ 2011/12, 11 кл.
- Заряд за шестую часть периода МОШ 2012/13, 11 кл.
- Заряженный конденсатор замыкают на катушку Физтех 2013/14, 11 кл.
- Контур с источником и током в катушке Физтех 2013/14, 11 кл.
- Колебательный контур: диэлектрик быстро убирают из конденсатора Физтех 2016/17, 11 кл.