Задание 917A5C: Электродинамика

Модель: элементы цепи сосредоточенные, провода идеальные; систему отсчёта связываем с неподвижной цепью. Механическое движение отсутствует, поэтому оси и проекции механических сил здесь не нужны. Положительные направления тока и напряжения выбираем согласованно; если полярность не задана, искомые заряд и напряжение понимаем по модулю.
1. До размыкания установился постоянный ток. На этой схеме катушка подключена параллельно ветви, содержащей последовательно лампу и конденсатор. Идеальная катушка при постоянном токе имеет нулевое напряжение. Через конденсатор и лампу ток не течёт, значит падение напряжения на лампе тоже равно нулю, а конденсатор не заряжен: U₀ = 0.
2. Ток катушки ограничивается резистором R, стоящим в ветви источника:
I₀ = ℰR.
Подстановка:
I₀ = 9 В3 Ом = 3 А.
Начальный запас энергии сосредоточен только в магнитном поле катушки.
3. При размыкании ключа ветвь источника с резистором R отключается. Катушка, лампа и конденсатор остаются в замкнутом контуре. Ток катушки не может оборваться мгновенно; он начинает заряжать конденсатор, а лампа рассеивает энергию поля. После полного затухания ток и заряд равны нулю:
Q_Л = LI₀²2.
Подстановка:
Q_Л = 20·10⁻³ Гн·(3 А)²2 = 90 мДж.
4. Проверка. Конденсатор первоначально не содержит энергии и после затухания снова разряжен; его ёмкость влияет только на переходный процесс. Лампа получает весь запас катушки, потому что других активных сопротивлений в оставшемся контуре нет. Подстановка начального напряжения конденсатора, равного ЭДС, была бы ошибочной: до переключения идеальная катушка шунтирует всю ветвь лампы с конденсатором.

Ответ: 90 мДж.