Чтобы решить эту задачу, нам необходимо использовать формулу для колебательного контура, который состоит из конденсатора и катушки индуктивности. Частота электрических колебаний в таком контуре определяется следующей формулой:
\[ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \]
где:
- \( f \) — частота колебаний (в герцах),
- \( L \) — индуктивность (в генри),
- \( C \) — ёмкость (в фарадах).
Дано:
- ёмкость \( C = 200 \, \text{пФ} = 200 \times 10^{-12} \, \text{Ф} \)
- частота \( f = 50 \, \text{кГц} = 50 \times 10^{3} \, \text{Гц} \)
Теперь мы можем преобразовать формулу, чтобы выразить индуктивность \( L \):
Сначала возьмем обратное значение частоты: \[ f = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}} \implies 2\pi f = \frac{1}{\sqrt{LC}} \]
Возведем обе стороны в квадрат: \[ (2\pi f)^2 = \frac{1}{LC} \]
Перепишем уравнение и выразим \( L \): \[ L = \frac{1}{(2\pi f)^2 C} \]
Теперь подставим известные значения:
\[ L = \frac{1}{(2\pi \cdot 50 \times 10^{3})^2 \cdot (200 \times 10^{-12})} \]
- Сначала найдем значение \( 2\pi \cdot 50 \times 10^{3} \):
\[ 2\pi \cdot 50 \times 10^{3} \approx 314159.27 \, \text{рад/с} \]
- Теперь возведем это значение в квадрат:
\[ (314159.27)^2 \approx 9.8696 \times 10^{10} \, \text{(рад/с)}^2 \]
- Подставляем в формулу для \( L \):
\[ L = \frac{1}{9.8696 \times 10^{10} \cdot (200 \times 10^{-12})} \]
- Упростим:
\[ L = \frac{1}{1.97392 \times 10^{-1}} \approx 5.06 \, \text{Гн} \]
Итак, нужная индуктивность для достижения частоты 50 кГц в колебательном контуре с ёмкостью 200 пФ составляет примерно 5.06 Гн.