| #### Закон изменения тока | | #### Закон изменения тока |
| | | |
| | | |
| Пусть батарею в момент времени $t=0$ подключают к индуктивности. Запишем второе правило Кирхгофа для цепи после замыкания: | | Пусть батарею в момент времени $t=0$ подключают к индуктивности. Запишем второе правило Кирхгофа для цепи после замыкания: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| L\frac{di}{dt}=\mathscr E. | | L\frac{di}{dt}=\mathscr E. |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Представим это иначе и проинтегрируем: | | Представим это иначе и проинтегрируем: |
| | | |
| \begin{gather} | | \begin{gather} |
| di=\frac{\mathscr E}{L}dt,\\\\ | | di=\frac{\mathscr E}{L}dt,\\\\ |
| \int di=\frac{\mathscr E}{L}\int dt,\\\\ | | \int di=\frac{\mathscr E}{L}\int dt,\\\\ |
| i=\frac{\mathscr E}{L}t+C.\tag{1} | | i=\frac{\mathscr E}{L}t+C.\tag{1} |
| \end{gather} | | \end{gather} |
| | | |
| Постоянная $C$ интегрирования находится из начальных условий по формуле $(1)$, считая, что при $t=0$ ток через катушку $i=0$ (и не может измениться скачком ни в каком случае): | | Постоянная $C$ интегрирования находится из начальных условий по формуле $(1)$, считая, что при $t=0$ ток через катушку $i=0$ (и не может измениться скачком ни в каком случае): |
| | | |
| $$ | | $$ |
| 0=\frac{\mathscr E\cdot0}{L}+C\quad \Rightarrow\quad C=0. | | 0=\frac{\mathscr E\cdot0}{L}+C\quad \Rightarrow\quad C=0. |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Итак, закон изменения тока: | | Итак, закон изменения тока: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| i=\frac{\mathscr E}{L}t. | | i=\frac{\mathscr E}{L}t. |
| $$ | | $$ |
| | | |
| | | |
| #### Работа батареи | | #### Работа батареи |
| | | |
| | | |
| Для источника формула работы в дифференциальной форме такова: | | Для источника формула работы в дифференциальной форме такова: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| dA=\mathscr Ei(t)\,dt, | | dA=\mathscr Ei(t)\,dt, |
| $$ | | $$ |
| | | |
| здесь запись $i(t)$ означает, что ток зависит от времени. | | здесь запись $i(t)$ означает, что ток зависит от времени. |
| | | |
| Подставим найденный закон $i(t)$ в предыдущее уравнение и проинтегрируем: | | Подставим найденный закон $i(t)$ в предыдущее уравнение и проинтегрируем: |
| | | |
| \begin{gather} | | \begin{gather} |
| \int dA=\mathscr E\int\frac{\mathscr E}{L}t\,dt,\\\\ | | \int dA=\mathscr E\int\frac{\mathscr E}{L}t\,dt,\\\\ |
| A=\frac{\mathscr E^2}{L}\cdot\frac{t^2}{2}+B.\tag{2} | | A=\frac{\mathscr E^2}{L}\cdot\frac{t^2}{2}+B.\tag{2} |
| \end{gather} | | \end{gather} |
| | | |
| Считая что к моменту $t=0$ источник совершил работу $A=0$, находим постоянную интегрирования $B$ из формулы $(2)$: | | Считая что к моменту $t=0$ источник совершил работу $A=0$, находим постоянную интегрирования $B$ из формулы $(2)$: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| 0=\frac{\mathscr E^2}{L}\cdot\frac{0^2}{2}+B\quad \Rightarrow \quad B=0. | | 0=\frac{\mathscr E^2}{L}\cdot\frac{0^2}{2}+B\quad \Rightarrow \quad B=0. |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Запишем, чему равна работа $A$ за промежуток времени $\tau$: | | Запишем, чему равна работа $A$ за промежуток времени $\tau$: |
| | | |
| $$ | | $$ |
| A(\tau)=\frac{\mathscr E^2\tau^2}{2L}. | | A(\tau)=\frac{\mathscr E^2\tau^2}{2L}. |
| $$ | | $$ |
| | | |
| Работа источника превращается в энергию магнитного поля катушки. | | Работа источника превращается в энергию магнитного поля катушки. |
| | | |
| | | |
| #### Литература | | #### Литература |
| | | |
| | | |
| [1] Зельдович Я. Б. «Высшая математика для начинающих и ее приложения к физике» (2010). | | [1] Зельдович Я. Б. «Высшая математика для начинающих и ее приложения к физике» (2010). |
| | | |
| | | |
| #### Ответ | | #### Ответ |
| | | |
| $$ | | $$ |
| i=\dfrac{\mathscr Et}{L}; | | i=\dfrac{\mathscr Et}{L}; |
| $$ | | $$ |
| | | |
| $$ | | $$ |
| A=\dfrac{\mathscr E^2\tau^2}{2L}; | | A=\dfrac{\mathscr E^2\tau^2}{2L}; |
| $$ | | $$ |