Здравствуйте, egusev81!
Дано: Ёмкость C = 0,025 мкФ = 25·10
-9 Ф, индуктивность L = 1,015 Гн,
Начальный заряд q0 = 2,5·10
-6 Кл.
Вычислить: напряжене U
L(t), ток I(t) .
Решение: Циклическая собственная частота колебаний в контуре равна [$969$]
0 = 1 / [$8730$](L·C) = 1 / [$8730$](1,015·25·10
-9) = 6278 рад/сек.
Это соответствует радио-технической частоте f = [$969$]
0/(2·[$960$]) = 999 Гц или периоду T = 1/f = 1,00 мСек.
Заряд q
0 конденсатора ёмкостью C связан с его напряжением формулой
C = q
0/U
m (см учебную статью "
Электромагнитные колебания. ЕГЭ"
Ссылка1 )
Заряду q
0 соответствует напряжение U
m = q
0/C = 100 Вольт.
Фраза "
Омическим сопротивлением цепи следует пренебречь" в условии задачи означает, что данный контур можно рассчитывать, как идеальный, в котором колебания происходят с его собственной частотой.
Таким образом, напряжение на конденсаторе (оно же и на катушке) изменяется по закону
U(t) = U
m·cos([$969$]
0·t) = 100·cos(6278·t) Вольт.
Заряд конденсатора изменяется синхронно с его напряжением : q(t) = q
0·cos([$969$]0·t)
Для получения силы тока дифференцируем формулу заряда по времени:
I(t) = q'(t) = [q
0·cos([$969$]0·t)]' = -q
0·[$969$]0·sin([$969$]
0·t) = -I0·sin([$969$]
0·t) = -0,0157·sin(6278·t) Ампер.
Здесь I
0 = q
0·[$969$]
0 = 15,7 мА - амплитуда тока (и ч-з конденсатор, и ч-з катушку),
-sin([$969$]
0·t) означает, что ток ч-з конденсатор опережает по фазе напряжение на нём на угол [$960$]/2 = 90°.
Искомую силу тока можно вычислить также по закону Ома для для переменного тока I
[$8594$] = U
[$8594$] / Z , где Z = -j·Xc реактивное сопротивление конденсатора. Xc = 1/([$969$]
0·C) (см "
Закон Ома простым языком"
Ссылка2 )
Ответ: падения напряжения на катушке индуктивности U
L = 100·cos(6278·t) Вольт ;
сила тока в цепи I(t) = -15,7·sin(6278·t) мА. Графики напряжения и тока прилагаю.
Проверка : Полученное тригонометрическое уравнение означает периодичность состояния контура и в т.ч. повторение напряжения на конденсаторе ч-з целое число периодов. Убедимся, что ч-з 1 период T = 1,00 мС напряжение U(T) на конденсаторе будет равно исходному напряжению U(0) :
U(T) = 100·cos(6278·0,001) = 100·cos(6,28) = 100·cos(2·[$960$]) = 100·1 = 100 В = U(0) . Верно!
Проверяем периодичность тока: I(T) = -15,7·sin(6278·0,001) = -15,7·sin(6,28) = -15,7·sin(2·[$960$]) = 15,7·0 = 0 = I(0) . Проверка успешна!
Решение похожей задачи
rfpro.ru/question/197039