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

.20 Задания СтатГрада

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#120638

На рисунке показана схема электрической цепи, состоящей из батареи с ЭДС ξ = 12  В и внутренним сопротивлением r = 0,8  кОм, конденсатора ёмкостью C = 5  мкФ, резистора с сопротивлением R = 4,2  кОм и переключателя П полярности источника питания. Вначале переключатель был в положении 1, а конденсатор был полностью заряжен от батареи, и ток в цепи отсутствовал. Какое количество теплоты Qr  выделится во внутреннем сопротивлении r  батареи за большое время после перевода переключателя в положение 2?

PIC

Источники: Статград 09.12.2022 Физика 2

Показать ответ и решение

Запишем закон сохранения энергии для замкнутой электрической цепи

A ист = ΔQ + ΔW эл+ ΔA мех,

где Aист = ξΔq  - работа источника;
Δq  - заряд, протекший через источник;
ΔQ  - количество теплоты, выделившееся в резисторах;
ΔW  - изменение энергии конденсатора;
ΔA мех  - механическая работа.
При смены полярности источника (перевод переключателя в положение 2) конденсатор зарядится до того же по модуля заряда, но на пластинках будут противоположные знаки. Значит энергия конденсатора      q2
W =  2C--  не изменится и, следовательно, ΔW = 0  . Из условия механическая работа не совершается, поэтому ΔA мех = 0  .
При перезарядке конденсатора через источник протечет заряд Δq = 2q = 2Cξ  .
Поэтому работа источника полностью перейдет в количество теплоты

         2
ξΔq = 2Cξ = ΔQ.

Поскольку требуется найди какое количество теплоты выделится на резисторе r  , то посчитаем какая доля теплоты приходится на r  .
Поскольку резисторы соединены последовательно, то по закону Джоуля-Ленца мощность, выделяющаяся на резисторах равна

P =I2(R +r)= PR + Pr,

PR   R        R
Pr-= r-⇒ PR = r-Pr,

P = Pr + R-Pr ⇒ Pr =-r--P.
         r         R + r

Тогда доля полного количества, выделившаяся на резисторе r  , равна

     2C-ξ2r   2⋅5⋅10−6⋅122⋅0,8⋅103
QR =  R+ r =        5 ⋅103        = 230,4 мкДж.
Ответ:

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!