Консультация № 144804
23.09.2008, 21:23
0.00 руб.
0 1 1
Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 0,2 мкФ и катушки с индуктивностью 0,5мГн. Конденсатор зарядили от источника напряжением 400В. Найти зависимость напряжения на пластинах конденсатора и тока в катушке индуктивности от времени. Сопротивлением контура пренебречь. Определить частоту и период колебаний в контуре

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
27822
2370
23.09.2008, 23:27
общий
это ответ
Здравствуйте, Петров П.П.!
"Сопротивлением контура пренебречь" означает, что следует пренебречь и потерями энергии в контуре. Следовательно, запасённая в конденсаторе при его заряде от внешнего источника до напряжения Uм энергия Эк = Uм2*C/2 (1), где C - ёмкость конденсатора, полностью переходит в энергию магнитного поля катушки Эм = Iм2*L/2 (2), где Iм - амлитудное значение тока, L - индуктивность катушки. Поскольку Эк = Эм, из (1) и (2) получаем: Iм = Uм*√(C/L) (3). Колебания в контуре при осутствии потерь являются незатухающими; в этом случае зависимость мгновенного значения напряжения uк на пластинах конденсатора от времени t выражается уравнением: uк = Uм*SIN(ωомега*t + φфик) (4), где ωомега - угловая частота собственных колебаний контура, определяемая формулой: ωомега = 1/√(C*L) (5) = 1/√(0.2*10-6*0.6*10-3) = 10000 сек-1, φфик - начальный фазовый угол. Для нахождения φфик примем, что t = 0 в тот момент, когда заряженный до напряжения Uм конденсатор замкнули на катушку. Тогда из (4) получается: SIN(φфик) = 1, откуда φфик = 90° (6); после подстановки числовых значений в (4) имеем: uк = 400*SIN(10000*t + 90°), или, на основе известного из тригонометрии соотношения: uк = 400*COS(10000*t). Аналогично выражается и зависимость мгновенного значения iм тока катушки от времени t: iм = Iм*SIN(ω*t + φм) (7). Для нахождения φм воспользуемся уравнением 2-го закона Кирхгофа для мгновенных значений: uк + eси = 0 (8), где eси - мгновенное значение ЭДС самоиндукции катушки. Т.к. eси = -L*(d(iм)/dt) (9), (8) приобретает вид: uк = L*(d(iм)/dt) (10). Продифференцируем (7) по t: d(iм)/dt = Iм*ωомега*COS(ωомега*t + φфим) (11). Подставив в (10) значения Iм, uк, ω и d(iм)/dt соответственно из (3), (4), (5) и (11), с учётом (6) после сокращений получаем: COS(ωомега*t) = COS(ωомега*t + φфим), откуда φфим = 0 и окончательно: iм = Iм*SIN(ωомега*t), а после подстановки численных значений в (3): Iм = 8 А; iм = 8*SIN(10000*t). Частота f колебаний в контуре: f = ωомега/(2*π) = 10000/(2*π) = 1591 1/с, а период T = (2*π)/ωомега = (2*π)/10000 = 6.283*10-4 сек.
Форма ответа