Тема . №25 Электродинамика (Расчетная задача высокого уровня сложности)

.05 Преобразование энергии в RC-цепях

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела №25 электродинамика (расчетная задача высокого уровня сложности)
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#17859

В схеме, изображенной на левом рисунке, в начальный момент ключ К разомкнут, а конденсатор ёмкостью C = 100  мкФ не заряжен. Вольт-Амперная характеристика диода D  изображена на правом рисунке. ЭДС батареи ξ = 6  В, пороговое напряжение диода U0 = 1  В, сопротивление резистора R = 1  кОм. Какое количество теплоты выделится на резисторе R  после замыкания ключа? Внутренним сопротивлением батареи пренебречь.

PIC

Показать ответ и решение

Запишем закон сохранения энергии в электрической цепи:

Aист+ Aвнеш = Q +ΔW

Здесь Aист = qξ  - работа, совершаемая источником при протекании через него заряда q  , Aвнеш = 0  - работа внешних сил (так как внешние силы отсутствуют, то их работа равна нулю), Q  - теплота, выделяемая на элементах цепи (в данном случае искомая теплота, которая выделяется на резисторе и теплота, выделяемая на диоде), ΔW  = W − W0 = qUC-− 0= q(U0 + ξ−-U0)
                2               2  - изменение энергии в цепи (до замыкания конденсатор был разряжен, его энергия равнялась 0), Q1 = qU0  - теплота, выделяемая на диоде, при протекании через него заряда. После замыкания ключа, вся цепь соединены последовательно, поэтому через все элементы прошел одинаковый заряд q  , который будет равен заряду конденсатору в установившемся режиме, при этом на диоде будет постоянное пороговое напряжение U0 = 1  В. Так как сумма падений напряжений в цепи равняется ЭДС, то ξ =UC + U0  , откуда напряжение конденсатора UC = ξ− U0  . Значит, закон сохранения энергии в цепи будет выглядеть так:

qξ = QR + qU0+ q(ξ−-U0)
                  2

QR − искомая теплота, выделяемая на резисторе

Откуда искомая теплота:

              ξ− U0
QR = q(ξ − U0 −--2--)

Заряд конденсатора можем найти по формуле q = CUC  , где UC  - напряжение на конденсаторе, значит, заряд равен q =C (ξ− U0)

В итоге получаем формулу:

                    ξ-− U0
QR =C (ξ− U0)(ξ− U0−   2  )

                         6− 1
QR = 100⋅10−6(6 − 1)(6− 1−-2--)

QR = 125⋅10− 5 Дж
Ответ:
Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

3

I) записаны положения теории и физические законы,

закономерности, применение которых необходимо для решения

задачи выбранным способом (в данном случае: закон сохранения энергии применительно к электрическим цепям, формула для ЭДС источника, выражение для энергии заряженного конденсатора, формула для электроемкости конденсатора, в решении обосновано отсутствие тока через элементы цепи в стационарном режиме, напряжение на конденсаторе записано с учетом порогового напряжения открывания диода);

II) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения

физических величин (за исключением обозначений констант,

указанных в варианте КИМ, обозначений, используемых в условии

задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при

написании физических законов);

III) представлены необходимые математические преобразования и

расчёты, приводящие к правильному числовому ответу

(допускается решение «по частям» с промежуточными

вычислениями);

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения

искомой величины

Правильно записаны все необходимые положения теории,

2

физические законы, закономерности, и проведены необходимые

преобразования, но имеется один или несколько из следующих

недостатков

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном

объёме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно,

неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены

в скобки, рамку и т.п.).

И (ИЛИ)

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях

допущены ошибки, и (или) преобразования/вычисления не

доведены до конца.

И (ИЛИ)

Отсутствует пункт IV, или в нём допущена ошибка

Представлены записи, соответствующие одному из следующих

1

случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие

физические законы, применение которых необходимо для решения

задачи, без каких-либо преобразований с их использованием,

направленных на решение задачи, и ответа.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая

для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения),

но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися

формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения задачи

(или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена

ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с

имеющимися формулами, направленные на решение задачи

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным

0

критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла

Максимальный балл

3

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!