Edits to “Решение”, “Ответ”

astrosander edited
View solution History
revision #12395 parent #12394 ← older
ru/8.4.7.md +32 −2
@@ -8,6 +8,36 @@Решение:
![|400x254, 45%](../../img/8.4.7/sol1.png)
−До замыкания ключа простой расчет дает: $\varepsilon = \frac{q_{1}}{C} + \frac{q_{1}}{C} = \frac{2q_{1}}{C}, \quad(1)$ где $q_1$ — заряд каждого из конденсаторов. После замыкания ключа с установлением равновесного распределения зарядов (прекращения тока в цепи) нижний конденсатор не заряжен, а заряд верхнего определяется из уравнения: $\varepsilon = \frac{q_{2}}{C} \quad(2)$ Чтобы определить заряд, прошедший через гальванометр, мысленно выделим часть схемы, обозначенную пунктиром. До замыкания ключа суммарный заряд этой части схемы равен нулю, после замыкания — заряду положительной обкладки верхнего конденсатора $q_2$. Таким образом, через гальзаиометр прошел заряд $q_{2} = \varepsilon C$. Для вычисления выделившейся на сопротивлении теплоты воспользуемся законом сохранения энергии. До замыкания ключа энергия двух конденсаторов: $W_{1} = 2 \cdot \frac{q_{1}^{2}}{2C} = \frac{ \varepsilon^{2}C}{4}$. После замыкания ключа энергия схемы за исключением батареи равна: $W_{2} = \frac{q_{2}^{2}}{2C} + Q = \frac{C \varepsilon ^{2}}{2} +Q, \quad(4)$ где $Q$ — количество теплоты, выделившейся на сопротивлении. Согласно закону сохранения энергии, изменение энергии $W_{2} - W_{1}$ равно работе сторонних сил батарей: $W_{2} - W_{1} = A_{ст} = \varepsilon \Delta q \quad(5)$ с учетом равенства нулю величины внутреннего сопротивления батареи. Величина заряда $\Delta q$, прошедшего через батарею, равно изменению заряда на левой обкладке верхнего конденсатора: $q_{2} - q_{1} = \Delta q = C \varepsilon - \frac{1}{2} C \varepsilon = \frac{1}{2} C \varepsilon \quad(6)$ Подставляя $(3)$, $(4)$ и $(6)$ в $(5)$, находим: $Q = \frac{C \varepsilon ^{2}}{4}$
+До замыкания ключа простой расчет дает:
−### Ответ: $q = CE;$ $\,W = CE\varepsilon ^2/4$
+$$\varepsilon = \frac{q_{1}}{C} + \frac{q_{1}}{C} = \frac{2q_{1}}{C}, \tag{1}$$
+
+где $q_1$ — заряд каждого из конденсаторов. После замыкания ключа с установлением равновесного распределения зарядов (прекращения тока в цепи) нижний конденсатор не заряжен, а заряд верхнего определяется из уравнения:
+
+$$\varepsilon = \frac{q_{2}}{C} \tag{2}$$
+
+Чтобы определить заряд, прошедший через гальванометр, мысленно выделим часть схемы, обозначенную пунктиром. До замыкания ключа суммарный заряд этой части схемы равен нулю, после замыкания — заряду положительной обкладки верхнего конденсатора $q_2$. Таким образом, через гальзаиометр прошел заряд
+
+$$q_{2} = \varepsilon C.$$
+
+Для вычисления выделившейся на сопротивлении теплоты воспользуемся законом сохранения энергии. До замыкания ключа энергия двух конденсаторов:
+
+$$W_{1} = 2 \cdot \frac{q_{1}^{2}}{2C} = \frac{ \varepsilon^{2}C}{4}.\tag{3}$$
+
+После замыкания ключа энергия схемы за исключением батареи равна:
+
+$$W_{2} = \frac{q_{2}^{2}}{2C} + Q = \frac{C \varepsilon ^{2}}{2} +Q, \tag{4}$$
+
+где $Q$ — количество теплоты, выделившейся на сопротивлении. Согласно закону сохранения энергии, изменение энергии $W_{2} - W_{1}$ равно работе сторонних сил батарей:
+
+$$W_{2} - W_{1} = A_{ст} = \varepsilon \Delta q \tag{5}$$
+
+с учетом равенства нулю величины внутреннего сопротивления батареи. Величина заряда $\Delta q$, прошедшего через батарею, равно изменению заряда на левой обкладке верхнего конденсатора:
+
+$$q_{2} - q_{1} = \Delta q = C \varepsilon - \frac{1}{2} C \varepsilon = \frac{1}{2} C \varepsilon \tag{6}$$
+
+Подставляя $(3)$, $(4)$ и $(6)$ в $(5)$, находим:
+
+$$Q = \frac{C \varepsilon ^{2}}{4}\tag{7}$$
+
+#### Ответ: $q = CE;$ $\,W = CE\varepsilon ^2/4$