сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 2682
i

Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из ба­та­реи с эдс  эп­си­лон =8 B, иде­аль­но­го вольт­мет­ра, че­ты­рех оди­на­ко­вых со­про­тив­ле­ний R и пе­ре­мен­ной со­про­тив­ле­ния xR. Мно­жи­тель x по­до­бран так, что теп­ло­вая мощ­ность, вы­де­ля­ю­ща­я­ся на со­про­тив­ле­нии xR, мак­си­маль­на. Най­ди­те на­пря­же­ние V, ко­то­рое в этом слу­чае по­ка­зы­ва­ет вольт­метр. Ответ вы­ра­зи­те в воль­тах и округ­ли­те до сотых. Внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние ба­та­реи не учи­ты­вай­те.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Так как со­про­тив­ле­ние вольт­мет­ра бес­ко­неч­но ве­ли­ко, ток через него не идёт и при вы­чис­ле­нии токов вольт­метр можно не учи­ты­вать. Найдём сна­ча­ла ток I, те­ку­щий через ба­та­рею. Общее со­про­тив­ле­ние цепи равно:

 R_0=R плюс дробь: чис­ли­тель: левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка R умно­жить на 2 R, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка R плюс 2 R конец дроби =R левая круг­лая скоб­ка 1 плюс дробь: чис­ли­тель: 2 x плюс 2, зна­ме­на­тель: x плюс 3 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: R левая круг­лая скоб­ка 3 x плюс 5 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: x плюс 3 конец дроби .

Для тока по­лу­ча­ем:

 I= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: R_0 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \varepsilon левая круг­лая скоб­ка x плюс 3 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: R левая круг­лая скоб­ка 3 x плюс 5 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби .

Обо­зна­чим через I1 и I2 токи, те­ку­щие в вет­вях ABC и ADC. В узле A имеем:

 I_1 плюс I_2=I.

При­рав­ни­вая на­пря­же­ния между точ­ка­ми A и C, по­лу­ча­ем:

 I_1 левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка R=I_2 умно­жить на 2 R \Rightarrow I_2= дробь: чис­ли­тель: I_1 левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Из по­лу­чен­ных урав­не­ний на­хо­дим токи I1 и I2:

 I_1 плюс дробь: чис­ли­тель: I_1 левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: 2 конец дроби =I \Rightarrow I_1= дробь: чис­ли­тель: 2 I, зна­ме­на­тель: x плюс 3 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 2 \varepsilon, зна­ме­на­тель: R левая круг­лая скоб­ка 3 x плюс 5 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби ,I_2= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon левая круг­лая скоб­ка x плюс 1 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: R левая круг­лая скоб­ка 3 x плюс 5 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби .

Теп­ло­вая мощ­ность, вы­де­ля­ю­ща­я­ся на со­про­тив­ле­нии xR, равна:

 P=I_1 в квад­ра­те x R= дробь: чис­ли­тель: 4 \varepsilon в квад­ра­те x, зна­ме­на­тель: R левая круг­лая скоб­ка 3 x плюс 5 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

Пре­об­ра­зу­ем это вы­ра­же­ние:

 P= дробь: чис­ли­тель: 4 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 3 R конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 3 x плюс 5 минус 5, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 3 x плюс 5 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 4 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 3 R конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 x плюс 5 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 3 x плюс 5 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

В ведём новую пе­ре­мен­ную y:

 y= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 x плюс 5 конец дроби .

Мощ­ность пред­став­ля­ет­ся квад­рат­ным трёхчле­ном от­но­си­тель­но этой пе­ре­мен­ной:

 P= дробь: чис­ли­тель: 4 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 3 R конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка y минус 5 y в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка .

Мак­си­мум мощ­но­сти до­сти­га­ет­ся при y= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 10 конец дроби . Найдём со­от­вет­ству­ю­щее зна­че­ние x:

 дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 3 x плюс 5 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 10 конец дроби \Rightarrow 3 x плюс 5=10 \Rightarrow x= дробь: чис­ли­тель: 5, зна­ме­на­тель: 3 конец дроби .

Вы­чис­лим токи I1 и I2 при этом зна­че­нии x:

I_1= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: 5 R конец дроби , I_2= дробь: чис­ли­тель: 4 \varepsilon, зна­ме­на­тель: 15 R конец дроби .

На­пря­же­ние на вольт­мет­ре вы­ра­зим через по­тен­ци­а­лы точек B, C и D:

 V=\varphi_D минус \varphi_B=\varphi_D минус \varphi_C плюс \varphi_C минус \varphi_B.

С учётом на­прав­ле­ний токов имеем:

\varphi_D минус \varphi_C=I_2 R, \varphi_C минус \varphi_B= минус I_1 R.

Окон­ча­тель­но по­лу­ча­ем:

 V= левая круг­лая скоб­ка I_2 минус I_1 пра­вая круг­лая скоб­ка R= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: 15 конец дроби =0,53В.

Ответ: V= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: 15 конец дроби =0,53В.

Классификатор: Элек­тро­ди­на­ми­ка. Рас­чет элек­три­че­ских цепей