Два конденсатора и два ключа
5/10Чип увидел у Дипа электрическую схему и собрал такую же для себя. Схема (см. рис.) состоит из двух конденсаторов, двух ключей, сопротивления и источника постоянного напряжения. Общая ёмкость конденсаторов при такой схеме подключения \(C_0 = 10\) мкФ. Не отключая схему от источника, Чип замкнул левый ключ и обнаружил, что при этом через сопротивление протёк суммарный заряд \(Q_{\text{чип}} = 3{,}6\cdot10^{-5}\) Кл. Дип вместо этого замкнул правый ключ, и у него через сопротивление протёк в сто раз больший суммарный заряд. Найдите \(C_1\) и \(C_2\). Найдите напряжение источника.

Во 2-м варианте \(C_0 = 2\) мкФ, заряд \(Q_{\text{чип}} = 3{,}6\) мкКл, у Дипа заряд в четыреста раз больше. Ответ: \(C_1 = 42\) мкФ, \(C_2 = 2{,}1\) мкФ, \(U = 36\) В.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаОбщая ёмкость двух конденсаторов последовательно равна \(C_0 = C_1C_2/(C_1+C_2)\). Заряды на конденсаторах до и после замыкания ключа различаются на \(C_2U - C_0U\) (или \(C_1U - C_0U\)).
Ответ\(C_1 = 110\) мкФ, \(C_2 = 11\) мкФ, \(U = 36\) В (во 2-м варианте: \(C_1 = 42\) мкФ, \(C_2 = 2{,}1\) мкФ, \(U = 36\) В).
РешениеПусть \(U\) — напряжение источника. Из схемы \(C_0 = \dfrac{C_1C_2}{C_1+C_2}\). До замыкания ключа заряд \(q = C_0U\). При замыкании левого ключа левый конденсатор разряжается, и через сопротивление протекает \(Q_{\text{чип}} = C_2U - C_0U\); при замыкании правого — \(Q_{\text{дип}} = C_1U - C_0U\). Из условия \(Q_{\text{дип}}/Q_{\text{чип}} = 100\) получаем \[\frac{C_1 - C_0}{C_2 - C_0} = 100 \quad\Longrightarrow\quad C_1 = 10\,C_2 .\] Подставляя в формулу для \(C_0\): \(10\ \text{мкФ} = \dfrac{10C_2^2}{11C_2}\), откуда \(C_2 = 11\) мкФ, \(C_1 = 110\) мкФ. Напряжение: \(U = Q_{\text{чип}}/(C_2 - C_0) = 36\) В.
Похожие задачи
- Тепло при перезарядке двух конденсаторов через резистор Физтех 2007/08, 11 кл.
- «Сэндвич» из четырёх пластин СПбГУ 2010/11, 11 кл.
- Конденсаторы в последовательной цепочке СПбГУ 2011/12, 11 кл.
- Участок цепи из конденсаторов МОШ 2013/14, 11 кл.
- Напряжения на трёх конденсаторах МОШ 2013/14, 7-11 кл.
- Конденсаторы и ключ «Шаг в будущее» 2016/17, 11 кл.