The solution at revision #18814 of , by astrosander. This is not the current version.

Условие

11.4.24∗. В колебательном контуре, состоящем из последовательно соединенных сопротивления , катушки индуктивности и конденсатора емкости , происходят затухающие колебания. За некоторое время амплитуда тока в контуре уменьшилась от значения до значения . Какое количество теплоты выделилось за это время на сопротивлении?

К задаче $11.4.24$

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 [1]

где есть ток в контуре, есть напряжение на конденсаторе в контуре ( и зависят от времени),

продифференцировать по , то можно получить диффур

где есть коэффициент затухания, есть собственная частота колебательной системы.

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 и есть постоянные интегрирования, которые находят из состояний системы, в которых про эту систему что-то известно; .

Итак, в нашей задаче ток меняются как затухающий синус (см. рисунок далее).

Рассмотрим момент времени, когда ток в цепи максимален и равен . В этот момент энергия есть в катушке

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 равно напряжению на конденсаторе :

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.

Ответ