The solution at revision #15228 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

8.4.10. Батарея с ЭДС состоит из последовательно соединенных одинаковых элементов. Как нужно заряжать конденсатор емкости , чтобы потери составляли наименьшую возможную долю запасенной энергии? Какова эта доля?

Решение

При подключении к батареи конденсатор получит заряд и запасённая энергия на конденсаторе будет:

кон

Однако батарея отдаёт при этом энергию:

бат

Итак, половина энергии теряется в виде джоулевого тепла.

Если батарея состоит из одинаковых элементов, у каждого ЭДС:

Идея в том, чтобы заряжать конденсатор поэтапно, на каждом шаге подключая всё большее число элементов последовательно, чтобы напряжение на источнике в каждый момент было почти равно напряжению на конденсаторе, тем самым минимизировать ток и, соответственно, потери.

На каждом шаге (от 1 до ) подключается батарея с ЭДС и заряд увеличивается до:

При этом прирост заряда на шаге :

Энергия, полученная от батареи на шаге :

бат

Полная энергия, полученная от всех источников батареи:

батбат

Запасённая энергия на конденсаторе, как и прежде, будет:

кон

Долю потерь можна выразить так:

батконкон

Подставим:

Итак, чем больше элементов в батарее, тем меньшая доля энергии теряется.

Ответ

Сначала конденсатор нужно заряжать от одного элемента, потом от двух последовательно соединенных и т. д. Тогда потери энергии составят долю запасенной энергии.