Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)
.04 Энергетический подход в электрических цепях
Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#42997

В схеме, изображённой на левом рисунке, в начальный момент ключ K разомкнут, а конденсатор ёмкостью C = 100  мкФ не заряжен. Вольт-амперная характеристика диода D  изображена на правом рисунке. ЭДС батареи ℰ = 6  В, пороговое напряжение диода U0 = 1  В, сопротивление резистора R =1  кОм.
1) Чему равен ток в цепи сразу после замыкания ключа?
2) Какой заряд протечёт через диод после замыкания ключа?
3) Какое количество теплоты выделится на резисторе R  после замыкания ключа? Внутренним сопротивлением батареи пренебречь.

PIC

Показать ответ и решение

1) Так как ЭДС батареи больше порогового напряжения диода ℰ > U0  , то в цепи будет возникать ток. Пусть этот ток равен    I0  . По закону Ома для полной цепи

ℰ = U0 +I0R

Отсюда

    ℰ − U0  6 В − 1 В
I0 = --R---= -1-кОм--= 5 мА

2) После замыкания ключа конденсатор начнёт заряжаться. Напряжение на конденсаторе в установившемся режиме можно найти из закона Ома для полной цепи:

ℰ = U0+ UC ⇒ UC = ℰ − U0.

После этого ток в цепи прекратится. Значит, заряд через ключ равен:

q = CUC = C (ℰ − U0)= 100 мкФ (6 В− 1 В)= 500 мкК л

3) Запишем чему равна работа источника:

Aист = QD +QR + QC,

где Q
 D  – количество теплоты, выделенное на резисторе, Q
  R  – количество теплоты, выделенное на резисторе, Q
  C  – количество теплоты, запасённое на конденсаторе.
Отсюда

QR  =A ист− QD − QC,  (1)

работа источника равна:

Aист = q=C(ℰ − U0)ℰ. (2)

Количество теплоты, запасенное на конденсаторе:

      CU2   C (ℰ − U0)2
QC =  -2C-= ----2----  (3)

Рассмотрим малый момент времени Δt  , пусть сила тока в цепи в этот момент I(Δt )  , тогда количество теплоты, выделяющееся на диоде за этот малый промежуток времени равно:

ΔQD = U0⋅I(Δt)Δt,

при этом I(Δt)Δt = Δq  – где Δq  – малый заряд, протекший через диод. Отсюда

ΔQD  = ΔqU0,

Просуммировав, получим

QD = q⋅U0 = C(ℰ − U0)U0 (4)

Тогда подставив (2) – (4) в (1)

QR = C(ℰ−U0)ℰ− C(ℰ−U0)U0− C(ℰ −-U0)2= C ℰ2−Cℰ U0−Cℰ U0−CU2 − C-(ℰ-−-U0)2 = C(ℰ− U0)2− C(ℰ −-U0)2= C-(ℰ-−-U0)2= 100 м кФ
                              2                          0     2                     2          2               2
Ответ:

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное обучение
в Школково

Для детей ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Брянской областей, а также школьникам, находящимся в пунктах временного размещения Крыма обучение на платформе бесплатное.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ или олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!