реши задачи 12.5.10-12.5.12

Erstellt am: 30. September 2026

Beantwortet mit GPT-5.6 Thinking von Chat01

Frage

IMG_2760.png

реши задачи 12.5.10-12.5.12

Gedanke

Решая задачи по индуктивности

Я сначала уточняю формулировки: в задаче 12.5.10, вероятно, спрашивается заряд, прошедший через обмотку, а не энергия. Для 12.5.11–12 мне нужно точно прочитать условия с изображения, чтобы не подменить исходные данные догадками.

Solved inductance problems

Python

python
from PIL import Image img=Image.open('/mnt/data/IMG_2760.png') img.size (1170, 2532)

Python

python
import matplotlib.pyplot as plt crop=img.crop((80,560,1100,760)) display(crop)

Gedanke

Deriving the inductor results

I’m using W=12LI2W=\frac12LI^2, so L=2W/I2L=2W/I^2. The induced charge is q=LΔIR=2WIR(1−1n)q=\frac{L\Delta I}{R}=\frac{2W}{IR}(1-\frac1n), while the magnetic energy decreases by W(1−1n2)W(1-\frac1{n^2}).

Derived inductor results

Computed LC circuit voltage and inspected a cropped image region

Worked for 1m 9s

Antwort

12.5.10

Дано: при токе II энергия магнитного поля катушки равна WW, сопротивление обмотки RR. Ток равномерно уменьшается в nn раз:

I1=I,I2=In.I_1=I,\qquad I_2=\frac{I}{n}.

Энергия магнитного поля катушки:

W=LI22,W=\frac{LI^2}{2},

откуда

L=2WI2.L=\frac{2W}{I^2}.

При равномерном изменении тока ЭДС самоиндукции постоянна:

E=LΔIΔt.\mathcal E=L\frac{\Delta I}{\Delta t}.

Ток, создаваемый этой ЭДС в обмотке,

i=ER.i=\frac{\mathcal E}{R}.

Поэтому прошедший заряд

q=iΔt=LΔIR.q=i\Delta t =\frac{L\Delta I}{R}.

Здесь

ΔI=I−In=I(1−1n).\Delta I=I-\frac In=I\left(1-\frac1n\right).

Следовательно,

q=LIR(1−1n).q=\frac{LI}{R}\left(1-\frac1n\right).

Подставляем L=2W/I2L=2W/I^2:

q=2WIR(1−1n).\boxed{q=\frac{2W}{IR}\left(1-\frac1n\right)}.

После уменьшения тока энергия поля станет

W2=L(I/n)22=Wn2.W_2=\frac{L(I/n)^2}{2} =\frac{W}{n^2}.

То есть энергия уменьшится на

W−W2=W(1−1n2).\boxed{W-W_2=W\left(1-\frac1{n^2}\right)}.

12.5.11

Пусть проводник опустился вниз на расстояние xx. Площадь контура увеличилась на lxlx, поэтому магнитный поток изменился на

Φ=Blx.\Phi=Blx.

Так как сопротивлением пренебрегаем, изменение внешнего магнитного потока компенсируется потоком самоиндукции:

LI=Blx.LI=Blx.

Отсюда ток в катушке

I=BlxL.I=\frac{Blx}{L}.

Сопротивления нет, значит механическая энергия переходит в кинетическую энергию проводника и энергию магнитного поля:

mgx=mv22+LI22.mgx=\frac{mv^2}{2}+\frac{LI^2}{2}.

Подставляем II:

mgx=mv22+B2l2x22L.mgx=\frac{mv^2}{2} +\frac{B^2l^2x^2}{2L}.

Отсюда

v2=2gx−B2l2mLx2.v^2=2gx-\frac{B^2l^2}{mL}x^2.

Чтобы скорость была максимальной, максимум должно иметь и v2v^2. Дифференцируем по xx:

2g−2B2l2mLx=0.2g-\frac{2B^2l^2}{mL}x=0.

Поэтому расстояние, пройденное к моменту достижения максимальной скорости,

x=mgLB2l2.\boxed{x=\frac{mgL}{B^2l^2}}.

Подставляем это xx в выражение для скорости:

vmax⁡2=mLg2B2l2,v_{\max}^2 =\frac{mLg^2}{B^2l^2},

следовательно,

vmax⁡=gmLBl.\boxed{v_{\max}=\frac{g\sqrt{mL}}{Bl}}.

В этот момент ток

I=BlL⋅mgLB2l2=mgBl.I=\frac{Bl}{L}\cdot \frac{mgL}{B^2l^2} =\frac{mg}{Bl}.

Энергия магнитного поля катушки:

WL=LI22=m2g2L2B2l2.W_L=\frac{LI^2}{2} =\boxed{\frac{m^2g^2L}{2B^2l^2}}.

Итак,

vmax⁡=gmLBl,x=mgLB2l2,WL=m2g2L2B2l2.\boxed{ v_{\max}=\frac{g\sqrt{mL}}{Bl},\qquad x=\frac{mgL}{B^2l^2},\qquad W_L=\frac{m^2g^2L}{2B^2l^2} }.

12.5.12

Дано:

E=3 В,r=2 Ω,\mathcal E=3\text{ В},\qquad r=2\ \Omega, L=50 мГн=0.05 Гн,C=50 мкФ=50⋅10−6 Ф.L=50\text{ мГн}=0.05\text{ Гн}, \qquad C=50\text{ мкФ}=50\cdot10^{-6}\text{ Ф}.

Пока ключ долго замкнут, установился постоянный ток. Катушка при постоянном токе ведёт себя как проводник с нулевым сопротивлением, поэтому конденсатор разряжен:

UC0=0.U_{C0}=0.

Ток через катушку непосредственно перед размыканием:

I0=Er=32=1.5 А.I_0=\frac{\mathcal E}{r} =\frac32=1.5\text{ А}.

После размыкания источника остаётся идеальный LCLC-контур. Его полная энергия сохраняется:

LI022=LI22+CU22.\frac{LI_0^2}{2} = \frac{LI^2}{2} +\frac{CU^2}{2}.

Нужно найти UU, когда

I=1 А.I=1\text{ А}.

Тогда

CU2=L(I02−I2),CU^2=L(I_0^2-I^2), U=LC(I02−I2).U=\sqrt{\frac LC(I_0^2-I^2)}.

Подставляем:

U=0.0550⋅10−6(1.52−12).U= \sqrt{ \frac{0.05}{50\cdot10^{-6}} (1.5^2-1^2) }. 0.0550⋅10−6=1000,1.52−1=1.25.\frac{0.05}{50\cdot10^{-6}}=1000, \qquad 1.5^2-1=1.25.

Поэтому

U=1250=252 В.U=\sqrt{1250}=25\sqrt2\text{ В}. UC≈35.4 В.\boxed{U_C\approx35.4\text{ В}}.

Diesen Q&A teilen