Задачи › Вычисление сопротивлений, симметрия, бесконечные цепочки

Проволочный куб

  1. Проволочный куб

    ВсОШ 2025/26, 10 кл.
    3/10

    Проволочный каркас куба образован двенадцатью одинаковыми отрезками провода сопротивлением \(R = 6\) Ом каждый. К двум вершинам каркаса подключён идеальный источник питания с ЭДС \(\mathcal{E} = 12\) В (см. рисунок).

    Рисунок
    1. Найдите эквивалентное сопротивление между вершинами, к которым подключён источник. Ответ выразите в Ом, округлив до десятых долей.

    2. Определите ток через источник. Ответ выразите в А, округлив до десятых долей.

    3. Найдите количество теплоты, которое выделится за время \(\tau = 60\) с в одном из трёх рёбер, исходящих из вершины, подключённой к положительному полюсу источника. Ответ выразите в Дж, округлив до целого числа.

    4. За какое время во всём каркасе выделится теплота \(Q = 2{,}3\cdot10^2\) Дж? Ответ выразите в с, округлив до десятых долей.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Подключение по пространственной диагонали куба симметрично: токи в трёх рёбрах, выходящих из вершины, одинаковы, и так же одинаковы токи в трёх рёбрах, входящих в противоположную вершину.

    Ответ

    8) \(5{,}0\) Ом;  9) \(2{,}4\) А;  10) \(230\) Дж;  11) \(8{,}0\) с.

    Решение

    По симметрии при подключении по пространственной диагонали узлы, лежащие на одинаковом расстоянии от источника, имеют одинаковый потенциал, поэтому каркас эквивалентен цепочке из трёх групп параллельных рёбер: \(R_{\text{экв}} = \dfrac{R}{3} + \dfrac{R}{6} + \dfrac{R}{3} = \dfrac{5R}{6} = 5{,}0\) Ом. Ток через источник \(I = \dfrac{\mathcal{E}}{R_{\text{экв}}} = \dfrac{12}{5} = 2{,}4\) А. В каждом из трёх рёбер, выходящих из вершины, ток \(I/3 = 0{,}8\) А, теплота за \(60\) с: \(Q_1 = \left(\dfrac{I}{3}\right)^2 R\tau = 0{,}64\cdot6\cdot60 \approx 230\) Дж. Полная мощность источника \(P = \mathcal{E} I = 28{,}8\) Вт, поэтому теплота \(Q = 2{,}3\cdot10^2\) Дж выделится за \(\tau = \dfrac{230}{28{,}8} \approx 8{,}0\) с.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи