Заряд конденсаторов через резистор после замыкания ключа
5/10Цепь собрана из предварительно незаряженных конденсаторов. Ключ разомкнут, режим установился (см. рис.). Параметры цепи указаны на схеме, причём \(C_2 = C\), \(C_1 = 2C\), источник идеальный. Ключ замыкают.

Найти ток через резистор сразу после замыкания ключа.
Какое количество теплоты выделится в цепи после замыкания ключа?
Найти ток в резисторе после замыкания ключа в момент, когда ток через \(C_1\) равен \(I_0\).
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаСразу после замыкания заряды конденсаторов ещё не успели измениться. Найдите напряжение на \(C_2\) в начальный момент.
Ответ1) \(I_{0R} = \dfrac{2E}{3R}\); 2) \(Q = \dfrac{2}{3}CE^2\); 3) \(I = \dfrac{3}{2}I_0\).
Решение1) До замыкания напряжение на \(C_2\) равно \(U_{02} = \dfrac{EC_1}{C_1 + C_2} = \dfrac{2}{3}E\). Ток \(I_{0R} = \dfrac{U_{02}}{R} = \dfrac{2}{3}\cdot\dfrac{E}{R}\).
2) Работа источника \(A = Q + \Delta W_C\). \(A = E\left(C_1E - \dfrac{C_1C_2}{C_1 + C_2}E\right) = \dfrac{C_1^2}{C_1 + C_2}E^2\). Изменение энергии конденсаторов \[\Delta W_C = \frac{1}{2}C_1E^2 - \frac{1}{2}\frac{C_1C_2}{C_1 + C_2}E^2 = \frac{1}{2}\frac{C_1^2}{C_1 + C_2}E^2.\] Отсюда \(Q = \dfrac{1}{2}\dfrac{C_1^2}{C_1 + C_2}E^2 = \dfrac{2}{3}CE^2\).
3) Пусть в некоторый момент после замыкания заряд левой обкладки у \(C_1\) равен \(q_1\), а заряд нижней обкладки у \(C_2\) равен \(q_2\). Тогда \(E - \dfrac{q_1}{C_1} + \dfrac{q_2}{C_2} = 0\). За малое время \(\Delta t\) будет \[\frac{I_1}{C_1} = \frac{I_2}{C_2}.\] У нас \(\dfrac{I_1}{2} = I_2\), \(I_1 = I_0\), \(I_2 = \dfrac{1}{2}I_0\). Ток в резисторе \(I = I_1 + I_2 = \dfrac{3}{2}I_0\).
Похожие задачи
- Разряд конденсатора через резистор МОШ 2013/14, 7-11 кл.
- Разряд конденсатора через резистор МОШ 2013/14, 7-11 кл.
- Тепло при зарядке конденсатора Курчатов 2014/15, 11 кл.
- Разряд конденсатора через перемычку Физтех 2024/25, 11 кл.
- Начальное нарастание заряда в цепи с ключом Физтех 2024/25, 10 кл.
- Тепло при соединении конденсаторов C и 2C резистором Физтех 2008/09, 11 кл.