Диоды и конденсатор в цепи
Цепь, изображённая на рисунке, изначально разомкнута, конденсаторы разряжены. Вольт-амперная характеристика неидеальных диодов \(D_1\) и \(D_2\) также представлена на рисунке (\(I_{\text{отк}}\) и \(U_{\text{отк}}\) — ток и напряжение открытия диодов соответственно). Сначала ключ замыкают в первое положение и ждут полной зарядки конденсатора. Затем, через достаточно долгий промежуток времени, ключ переключают во второе положение и также ждут установления равновесия. Найдите отношение теплоты, выделившейся на первом и втором диодах. Ёмкости, сопротивление и напряжение источника считать известными (см. рисунок). \(U_0\gg U_{\text{отк}}\).

▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
ПодсказкаДо открытия диод ведёт себя как резистор \(R_d=U_{\text{отк}}/I_{\text{отк}}\); процесс надо разбить на этапы «напряжение на диоде меньше открытия» и «больше открытия» и на каждом записать закон сохранения энергии.
▶ОтветСкрыть: ответ
Ответ\(\dfrac{W_{d11}+W_{d12}}{W_{d21}+W_{d22}}\), где \(W_{d12}=C_1\varepsilon U_{\text{отк}}-C_1U_{\text{отк}}^{2}\), \(W_{d21}=\dfrac{U_{\text{отк}}C_1C_2}{C_1+C_2}(\varepsilon-U_{\text{отк}})\), \(W_{d22}=\dfrac{U_{\text{отк}}^{2}C_1C_2}{2(C_1+C_2)}\cdot\dfrac{U_{\text{отк}}}{U_{\text{отк}}+I_{\text{отк}}R}\); \(W_{d11}\) — см. решение.
▶РешениеСкрыть: решение
РешениеПри напряжении на диоде ниже \(U_{\text{отк}}\) он ведёт себя как резистор \(R_d=U_{\text{отк}}/I_{\text{отк}}\), поэтому отношение мощностей на диоде и на резисторе \(R\) равно \(\dfrac{W_d}{W_R}=\dfrac{U_{\text{отк}}}{I_{\text{отк}}R}\). Зарядка делится на два этапа: до открытия диода (закон сохранения энергии даёт \(W_{d11}\)) и после открытия (там \(W_{d12}=U_{\text{отк}}q_{12}=C_1\varepsilon U_{\text{отк}}-C_1U_{\text{отк}}^{2}\)). При перезарядке заряд \(\Delta q=\dfrac{U_{\text{отк}}C_1C_2}{C_1+C_2}\) перераспределяется между конденсаторами, давая \(W_{d21}\) и \(W_{d22}\). Ответ — отношение суммы теплот на первом диоде к сумме на втором.
Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.
Похожие задачи
- Обратный ток диода ВсОШ 1992/2001, заключительный этап, 10 кл.
- Схема с диодом ВсОШ 2001/02, заключительный этап, 10 кл.
- Мостик с диодами и конденсаторами ВсОШ 2016/17, заключительный этап, 10 кл.
- Конденсаторы, катушка и диод ВсОШ 1997/98, заключительный этап, 11 кл.
- Зачем нужны диоды ВсОШ 2018/19, заключительный этап, 11 кл.