C5. В электрической цепи, показанной на рисунке, ЭДС источника тока равна 12 В, ёмкость конденсатора 2 мФ, индуктивность катушки 5 мГн, сопротивление лампы 5 Ом и сопротивление резистора 3 Ом. В начальный момент времени ключ K замкнут. Какая энергия выделится в лампе после размыкания ключа? Внутренним сопротивлением источника тока, а также сопротивлением катушки и проводов пренебречь.

C5.- Решение - Пока ключ замкнут, через катушку L течёт ток, определяемый сопротивлением резистора, I = / R, конденсатор заряжен до напряжения U = . Энергия электромагнитного поля в катушке равна LI²/2, а в конденсаторе C²/2.

После размыкания ключа начинаются электромагнитные колебания, и вся энергия, запасённая в конденсаторе и катушке, выделится в лампе и резисторе:

Согласно закону Джоуля–Ленца, выделяемая в резисторе мощность пропорциональна его сопротивлению. Следовательно, энергия 0,184 Дж выделится в лампе и на резисторе пропорционально их сопротивлениям, и на лампу придётся Е_Л = 5/8 Е = 0,115 Дж.

Ответ. Е_Л = 0,115 Дж.

Критерии оценки выполнения задания на 3 балла

Правильно записаны формулы, выражающие закон Ома, закон Джоуля–Ленца, формулы расчёта энергии магнитного поля катушки с током и электрического поля конденсатора.

В. А. Грибов,
М. Ю. Демидова,
Г. Г. Никифоров,
 ИСМО РАО, ФИПИ, г. Москва