Задачи › Переходные процессы в RC-цепях, ток через конденсатор

Конденсатор

  1. Конденсатор

    Эстонская 2017/18, заключительный этап, 9-11 кл. · №26027

    Рассмотрим изображённую на рисунке электрическую схему, состоящую из конденсатора ёмкости \(C\), батареи с ЭДС \(\mathcal E\), резистора и лампы накаливания, которую можно считать нелинейным резистором (напряжение нелинейно зависит от тока). Сначала конденсатор был не заряжен и ключ был разомкнут. Затем ключ на короткое время замкнули, после чего снова разомкнули и держали разомкнутым до тех пор, пока конденсатор полностью не разрядился. За время, пока ключ был замкнут, во всей схеме выделилась теплота \(Q_1\); после размыкания ключа выделилась дополнительно ещё теплота \(Q_2\). Найдите заряд, прошедший через лампу за период, пока ключ был замкнут. (12 баллов)

    Рисунок
    ▶ПодсказкаСкрыть: подсказка
    Подсказка

    Нелинейность лампы не важна, если смотреть на энергию: вся выделившаяся теплота равна работе батареи, а теплота второй стадии — энергии конденсатора в момент размыкания.

    ▶ОтветСкрыть: ответ
    Ответ

    \(q_R=\dfrac{Q_1+Q_2}{\mathcal E}-\sqrt{2CQ_2}\).

    ▶РешениеСкрыть: решение
    Решение

    Теплота, выделяющаяся на второй стадии, равна энергии конденсатора в момент размыкания ключа, \(Q_2=q_C^2/2C\), где \(q_C\) — заряд конденсатора в этот момент. Вся выделившаяся тепловая энергия равна полной работе батареи \(A=(q_C+q_R)\mathcal E=Q_1+Q_2\), где \(q_R\) — искомый заряд, прошедший через лампу. Следовательно, \[q_R=\frac{Q_1+Q_2}{\mathcal E}-\sqrt{2CQ_2}.\]

    Прочитали решение — спросите себя, как можно было до этого додуматься. А через день-два решите задачу заново, не подглядывая.

    Вся олимпиада на сайте

Похожие задачи