Решение на момент правки #15002 от , автор jzmicer. Это не текущая версия.

Условие

6.4.9. Определите емкость систем конденсаторов, изображенных на рисунке.

Решение

В общем случае ёмкость системы конденсаторов равна:

аПри последовательном соединении конденсаторов ток через них одинаков, значит, заряды на них в любой момент времени одинаковы. Тогда для последовательно соединённых конденсаторов:



В нашем случае:


При параллельном соединении конденсаторов напряжение на них одинаково. Тогда



В нашем случае:

б Из симметриии цепи можно заметить, потенциалы на концах "мостика" одинаковы, значит, напряжение и заряд на конденсаторе на "мостике" равны 0 и он не вносит вклад в общую ёмкость.
Исключая мостик, получим цепь, являющуюся комбинацией рассмотренных в пункте а случаев.


в

Тут цепь уже не симметрична, и "выкинуть" мостик не получится. Такие цепи обычно рассчитываются с помощью правил Кирхгофа. Но через заряженные конденсаторы ток не течёт, поэтому первое правило Кирхгофа необходимо переформулировать: Уравнения для 1 правила: Для 2 правила:

Решая систему из этих уравнений получим:

г Идея решения бесконечных цепей такая: при добавлении к бесконечной цепочке ещё одного звена она останется бесконечной, значит, её общая ёмкость не поменяется.

Решая это квадратное уравнение и выбирая положительный корень, получим: д Из симметрии нетрудно заметить, что некоторые узлы куба имеют одинаковые потенциалы:
Эти узлы мы можем соединить, не изменив цепь:
Все конденсаторы имеют ёмкость $C$
Все конденсаторы имеют ёмкость
Используя результаты пункта а можно упростить цепь:
Получаем задачу, аналогичную пункту в, которую можно решить с помощью правила Кирхгофа, причём уравнения для первого правила полностью одинаковы. Решая эту систему, получим:

Ответ

а

б

в

г

д