8.4.17∗. Как зависит частота генератора, изображенного на рисунке, от напряжения $V$? Неоновая лампа загорается при напряжении $V_1$ и гаснет при напряжении $V_0 < V_1$. Сопротивлением горящей лампы пренебречь.
К задаче $8.4.17$
Решение
Конденсатор будет заряжаться до напряжения на нём $V_1$. После этого лампа загорится, ток на ней начнёт расти, а конденсатор будет разряжаться до тех пор, пока лампа будет гореть. Перестанет она гореть при напряжении $V_0 < V_1$. Потом кондесатор снова будет заряжаться. Запишем электроёмкость по определению: $$C = \frac{dq}{dU}$$ Выразим заряд через определения силы тока и запишем через напряжение, используя закон Ома для учаска цепи: $$I = \frac{dq}{dt}$$ $$dq = Idt = \frac{U}{R}dt$$ Подставим значение заряда из силы тока в электроёмкость и получим дифференциальное уравнение для изменения напряжения на резисторе: $$\frac{dU}{U} = \frac{1}{RC}dt$$ Так как сумма напряжений на резистре и на конденсаторе равна напряжению на всей цепи. Поэтому левую часть интегрируем от $V-V_1$ до $V-V_0$, а правую от $0$ до $T$: $$\int\frac{dU}{U} = \int\frac{1}{RC}dt$$ Получим: $$T = RC\space ln(\frac{V-V_0}{V-V_1})$$ А частота обратна по значению периоду, поэтому: $$\nu = (RC\space ln(\frac{V-V_0}{V-V_1}))^{-1}$$