сайты - меню - вход - но­во­сти


Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 0 № 2719
i

Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из ба­та­реи с эдс  эп­си­лон , иде­аль­но­го вольт­мет­ра, двух со­про­тив­ле­ний R, од­но­го со­про­тив­ле­ния 3R и двух пе­ре­мен­ных со­про­тив­ле­ний xR. Мно­жи­тель x по­до­бран так, что на­пря­же­ние на вольт­мет­ре V = дробь: чис­ли­тель: эп­си­лон , зна­ме­на­тель: 7 конец дроби . Най­ди­те от­но­ше­ние k сум­мар­ной теп­ло­вой мощ­но­сти P, вы­де­ля­ю­щей­ся на со­про­тив­ле­ни­ях xR, к мак­си­маль­ной ве­ли­чи­не этой мощ­но­сти Pm : k = дробь: чис­ли­тель: P, зна­ме­на­тель: Pm конец дроби . Ответ округ­ли­те до сотых. Внут­рен­нее со­про­тив­ле­ние ба­та­реи не учи­ты­вай­те.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

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

 R_0=R плюс дробь: чис­ли­тель: 2 x R умно­жить на 4 R, зна­ме­на­тель: 2 x R плюс 4 R конец дроби =R левая круг­лая скоб­ка 1 плюс дробь: чис­ли­тель: 4 x, зна­ме­на­тель: x плюс 2 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: R левая круг­лая скоб­ка 5 x плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: x плюс 2 конец дроби .

Для тока по­лу­ча­ем:

 I= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: R_0 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \varepsilon левая круг­лая скоб­ка x плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка , зна­ме­на­тель: R левая круг­лая скоб­ка 5 x плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка конец дроби .

Обо­зна­чим через I_1 и I_2 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 умно­жить на 2 x R=I_2 умно­жить на 4 R \quad arrow \quad I_2= дробь: чис­ли­тель: I_1 x, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби .

Из по­лу­чен­ных урав­не­ний на­хо­дим токи I_1 и I_2:

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

Сум­мар­ная теп­ло­вая мощ­ность, вы де­ля­ю­ща­я­ся на со­про­тив­ле­ни­ях xR, равна:

 P=2 I_1 в квад­ра­те x R= дробь: чис­ли­тель: 8 \varepsilon в квад­ра­те x, зна­ме­на­тель: R левая круг­лая скоб­ка 5 x плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби .

Пре­об­ра­зу­ем это вы­ра­же­ние:

 P= дробь: чис­ли­тель: 8 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 5 R конец дроби умно­жить на дробь: чис­ли­тель: 5 x плюс 2 минус 2, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 5 x плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 8 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 5 R конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 5 x плюс 2 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: левая круг­лая скоб­ка 5 x плюс 2 пра­вая круг­лая скоб­ка в квад­ра­те конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка .

Введём новую пе­ре­мен­ную y:  y= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 5 x плюс 2 конец дроби . Мощ­ность пред­став­ля­ет­ся квад­рат­ным трёхчле­ном от­но­си­тель­но этой пе­ре­мен­ной:

 P= дробь: чис­ли­тель: 8 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 5 R конец дроби умно­жить на левая круг­лая скоб­ка y минус 2 y в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка .

Мак­си­мум мощ­но­сти до­сти­га­ет­ся при y_m= дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби . Мак­си­маль­ная мощ­ность равна:

 P_m= дробь: чис­ли­тель: 8 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 5 R конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 4 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 16 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 5 R конец дроби .

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

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

С учётом на­прав­ле­ний токов имеем:

\varphi_D минус \varphi_A= минус I_2 R, \varphi_A минус \varphi_B=I_1 умно­жить на x R.

По­лу­ча­ем:

 V= левая круг­лая скоб­ка I_1 x минус I_2 пра­вая круг­лая скоб­ка R= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon x, зна­ме­на­тель: 5 x плюс 2 конец дроби .

Найдём зна­че­ние x, при ко­то­ром V= дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби :

 дробь: чис­ли­тель: \varepsilon x, зна­ме­на­тель: 5 x плюс 2 конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \varepsilon, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби \quad arrow \quad 7 x=5 x плюс 2 \quad arrow \quad x=1.

Со­от­вет­ству­ю­щее зна­че­ние мощ­но­сти равно:

 P= дробь: чис­ли­тель: 8 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 5 R конец дроби левая круг­лая скоб­ка дробь: чис­ли­тель: 1, зна­ме­на­тель: 7 конец дроби минус дробь: чис­ли­тель: 2, зна­ме­на­тель: 49 конец дроби пра­вая круг­лая скоб­ка = дробь: чис­ли­тель: 8 \varepsilon в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 49 R конец дроби .

Для от­но­ше­ния мощ­но­стей по­лу­ча­ем:

 k= дробь: чис­ли­тель: P, зна­ме­на­тель: P_m конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 40, зна­ме­на­тель: 49 конец дроби =0,82.

Ответ:  k= дробь: чис­ли­тель: 40, зна­ме­на­тель: 49 конец дроби =0,82.

Классификатор: Элек­тро­ди­на­ми­ка. Рас­чет элек­три­че­ских цепей