Заряд конденсатора в колебательном контуре меняется по закону q=Acos(пи*t), где А = 2 мкКл. Найдите энергию электрического поля конденсатора в момент времени, когда она равна энергии магнитного поля катушки. Индуктивность катушки равна 0.05 Гн.

29 Авг 2019 в 19:43
185 +1
0
Ответы
1

Для начала найдем момент времени, когда энергия электрического поля конденсатора равна энергии магнитного поля катушки.

Энергия электрического поля конденсатора вычисляется по формуле:
W_el = (1/2)Cq^2,

где С - ёмкость конденсатора, q - заряд конденсатора. Так как q = Acos(пиt), то W_el = (1/2)CA^2cos^2(пи*t).

Энергия магнитного поля катушки равна:
W_mag = (1/2)LI^2,

где L - индуктивность катушки, I - ток в катушке. Так как I = dq/dt = -Aпиsin(пиt), то W_mag = (1/2)LA^2пи^2sin^2(пиt).

Теперь равенство этих энергий:
(1/2)CA^2cos^2(пиt) = (1/2)LA^2пи^2sin^2(пиt).

Так как A^2 сократятся на обеих сторонах равенства, получим:
Ccos^2(пиt) = Lпи^2sin^2(пиt).

Делим обе части на sin^2(пиt):
C(cos^2(пиt)/sin^2(пиt)) = Lпи^2.

Так как cos^2(пиt)/sin^2(пиt) = 1/tan^2(пиt), то:
C/tan^2(пиt) = Lпи^2.

Тангенс пи/2 и -пи/2 бесконечен, поэтому cos(пиt)=0 и tan(пиt) = sin(пиt)/cos(пиt) = бесконечность => t=0.

Значит, момент времени, когда энергия электрического поля конденсатора равна энергии магнитного поля катушки, равен нулю.

Подставим t=0 в уравнения и найдём значение энергий:
W_el = (1/2)CA^2,
W_mag = (1/2)LA^2*пи^2.

Подставляем данные: C = 1/(210^-6) Ф, L = 0.05 Гн, A = 210^-6 Кл.
W_el = (1/2)(1/(210^-6))(210^-6)^2 = 0.54 = 2 Дж,
W_mag = (1/2)0.05(210^-6)^2пи^2 = 0.50.054пи^2 ≈ 0.314 Дж.

Таким образом, в момент времени t=0 энергия электрического поля конденсатора равна 2 Дж, а энергия магнитного поля катушки равна 0.314 Дж.

20 Апр 2024 в 12:43
Не можешь разобраться в этой теме?
Обратись за помощью к экспертам
Гарантированные бесплатные доработки в течение 1 года
Быстрое выполнение от 2 часов
Проверка работы на плагиат
Поможем написать учебную работу
Прямой эфир