Конденсатор подключён к батарее с помощью переключателя в точке 1 (рис. 325). Что произойдёт, если переключатель соединить с конденсатором в точке 2? Будет ли изменяться сила тока в проводах, соединяющих конденсатор и катушку? Начертите график изменения силы тока.
рис. 325
Если переключатель соединить с конденсатором в точке 2, то конденсатор начнет разряжаться и в цепи появится электрический ток.
Сила тока в проводах, соединяющих конденсатор и катушку, изменяется. Сила тока увеличивается постепенно в связи с явлением самоиндукции. ЭДС самоиндукции всегда возникает при появлении тока в цепи и препятствует его увеличению. В момент, когда конденсатор полностью разрядится, сила тока достигнет максимального значения. Как только сила тока и созданное током магнитное поле начнут уменьшаться, возникнет вихревое электрическое поле, которое направлено по току и поддерживает его, в результате конденсатор начнет перезаряжаться. Конденсатор перезаряжается до тех пор, пока сила тока, постепенно уменьшаясь, не станет равной нулю.
Для понимания того, что произойдёт, если переключатель соединить с конденсатором в точке 2, необходимо рассмотреть основные процессы, которые происходят в электрической цепи, содержащей конденсатор и катушку индуктивности.
1. Зарядка конденсатора:
Когда переключатель находится в положении 1, конденсатор заряжается от батареи до максимального заряда $ q_m $. Напряжение на конденсаторе равно напряжению батареи.
2. Переключение в положение 2:
Когда переключатель перемещается в положение 2, батарея отключается, и конденсатор оказывается соединённым с катушкой индуктивности. В этот момент начинается процесс разряда конденсатора через катушку.
3. Колебательный процесс:
Система конденсатор−катушка образует колебательный контур, и в нём начинаются электромагнитные колебания:
− Начальная стадия: Заряженный конденсатор начинает разряжаться через катушку, создавая переменный ток.
− Первое полупериод: По мере разряда конденсатора энергия постепенно передаётся катушке, создавая магнитное поле.
− Полная разрядка: Когда конденсатор полностью разряжается, ток в катушке достигает максимального значения.
− Инверсия заряда: Энергия магнитного поля катушки начинает перезаряжать конденсатор в обратном направлении.
4. Затухающие колебания:
На практике колебания будут затухающими из−за сопротивления в проводах и других потерь в системе. Это означает, что амплитуда колебаний будет уменьшаться со временем.
График изменения силы тока:
− Ось X — время.
− Ось Y — сила тока.
− График будет представлять собой затухающие гармонические колебания, которые постепенно стремятся к нулю.
Процесс будет повторяться до полного затухания колебаний, что зависит от величины сопротивления в системе.
Пожауйста, оцените решение
