Условие
11.4.24∗. В колебательном контуре, состоящем из последовательно соединенных сопротивления
Решение
Если представить, что в процессе затухающих колебаний амплитуда меняется медленно, то можно решить задачу, используя сведения из теории идеального колебательного контура, в котором колебания не прекращаются.
Если говорить подробнее, то если второе правило Кирхгофа для цепи
где
продифференцировать по
где
Этот диффур в общем имеет разные решения [1, 2], но только одно из них имеет вид колебаний, как и говорится в задаче, а именно решение:
где
Итак, в нашей задаче ток меняются как затухающий синус (см. рисунок далее).
Рассмотрим момент времени, когда ток в цепи максимален и равен
Но также в этот момент оказывается есть энергия в конденсаторе. Из-за того, что производная тока в этот момент равна нулю то напряжение на катушке равно нулю. Но тогда из второго правила Кирхгофа напряжение на резисторе
Отсюда энергия конденсатора
Суммарная энергия контура
Аналогичные рассуждения можно сделать для второго момента времени с максимумом тока
В итоге получится ответ. Тепло равно разности энергий контура
Литература
[1] Сивухин Д. В. Электричество //Сер." Общий курс физики. – 1983. – Т. 3. Глава «Колебания и волны».
[2] Уравнение гармонического осциллятора с затуханием. https://eqworld.ipmnet.ru/indexr.htm.
[3] Теоретические основы электротехники. Том 2. К. С. Демирчян, Л. Р. Нейман, Н. В. Коровкин, В. Л. Чечурин. 2003.