Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11635
2019-11-22 
Если потенциал анода фотоэлемента выше, чем потенциал катода, то через фотоэлемент идет ток $I_{0} = 10 ма$ (ток насыщения). В противном случае ток через фотоэлемент не идет. Пренебрегая внутренними сопротивлениями батареи, найти напряжения на фотоэлементах в схемах, изображенных на рисунке (величины сопротивлений указаны на рисунке в килоомах).
Решение:
Рассмотрим вначале первую схему. Предположим, что ток через, фотоэлемент не идет. В этом случае через сопротивления в 1 и 2 килоома пойдет ток $I = \frac{200 в}{1 ком + 2 ком} = \frac{1}{15} а$. При этом падение напряжения на сопротивлении в 2 килоома равно $2 \cdot 10^{3} ом \cdot \frac{1}{15} а \approx 133 в$. Это означает, что
в этом случае потенциал катода фотоэлемента равен $200 в - 133 в = + 67 в$. Но потенциал анода равен 100 в, то есть он выше потенциала катода. Мы пришли к противоречию, так как в этом случае через фотоэлемент должен идти ток. Это означает, что через фотоэлемент идет ток $I_{0} = 10 ма$. Найдем разность потенциалов между анодом и катодом. Потенциал анода равен + 100 в (мы считаем, что потенциал точки Р равен нулю). Поэтому нам необходимо найти потенциал катода Для этого нужно определить падение напряжения на сопротивлении в 1 килоом.
Полагая, что токи через сопротивления идут в направлениях, показанных на рисунке стрелками, и обозначая их $I_{1}$ и $I-{2}$, мы можем записать, что
$I_{0} + I_{2} = I_{1}$. (1)
Для того чтобы найти $I_{1}$ и $I_{2}$, нам необходимо составить еще одно уравнение. Обойдем контур, состоящий из сопротивлений и источника с э. д с. 200 в. Так как работа по перенесению заряда в электрическом ноле равна разности потенциалов, умноженной на величину заряда, то мы можем записать, что
$E - u_{1} - u_{2} = 0$ (2)
или $E = I_{1} \cdot R_{1} + I_{2} \cdot R_{2}$.
Решая уравнения (1) и (2) совместно, найдем, что $I_{1} \simeq 73 ма$ Это означает, что потенциал катода равен $I_{2}R_{1} = 73 в$, а разность потенциалов между анодом и катодом равна 27 в.
Аналогично рассмотрим вторую схему. Если мы, как и в первом случае, предположим, что через фотоэлемент не идет ток, то можно считать, что у нас имеются две цепочки, одна из которых состоит из включенных последовательно сопротивлении в 1 и 3 килоома, а вторая - из сопротивлений в 2 и 4 килоома, причем обе цепочки соединены параллельно и подключены к источнику с э. д. с. 100 в. Тогда через сопротивления в 1 и 3 килоома будет идти тик $I = \frac{100 в}{4 \cdot 10^{3} ом } = 2,5 \cdot 10^{-2} а = 25 ма$, а паденне напряжения на сопротивлении в 1 килоом будет равно 25 в. Значит, потенциал анода равен $\phi_{A} = 100 в - 25в = 75в$. Аналогично можно найти потенциал катода. Он в атом случае равен $33 \frac{1}{3} в$. Получается, чти потенциал анода выше потенциала катода, и через фотоэлемент должен идти ток.
Будем считать, чтo токи через все сопротивления идут в направлении сверху вниз, а через фотоэлемент - слева направо. Тогда можно написать следующие уравнения:
$I_{4} + I_{0} = I_{2}$.
$I_{1} - I_{0} = I_{3}$,
$I_{1}R_{1} + U_{0} - I_{4}R_{4} = 0$,
$E = I_{1}R_{1} + I_{3}R_{3}$.
$E = I_{2}R_{2} + I_{4}R_{4}$.
Здесь $U_{0}$ - падение напряжения на фотоэлементе
Так же как и для предыдущей схемы первые два уравнении в этой системе выражают закон сохранения заряда. Действительно, например, в точку соединения сопротивлений в 4 ком и 2 ком и фотоэлемента за единицу времени втекает заряд $I_{0} + I_{4}$, а вытекает $I_{2}$.
Решая эту систему, получим $U_{0} \approx 20,8 в$.
Если потенциал анода фотоэлемента выше, чем потенциал катода, то через фотоэлемент идет ток $I_{0} = 10 ма$ (ток насыщения). В противном случае ток через фотоэлемент не идет. Пренебрегая внутренними сопротивлениями батареи, найти напряжения на фотоэлементах в схемах, изображенных на рисунке (величины сопротивлений указаны на рисунке в килоомах).
Решение:
Рассмотрим вначале первую схему. Предположим, что ток через, фотоэлемент не идет. В этом случае через сопротивления в 1 и 2 килоома пойдет ток $I = \frac{200 в}{1 ком + 2 ком} = \frac{1}{15} а$. При этом падение напряжения на сопротивлении в 2 килоома равно $2 \cdot 10^{3} ом \cdot \frac{1}{15} а \approx 133 в$. Это означает, что
в этом случае потенциал катода фотоэлемента равен $200 в - 133 в = + 67 в$. Но потенциал анода равен 100 в, то есть он выше потенциала катода. Мы пришли к противоречию, так как в этом случае через фотоэлемент должен идти ток. Это означает, что через фотоэлемент идет ток $I_{0} = 10 ма$. Найдем разность потенциалов между анодом и катодом. Потенциал анода равен + 100 в (мы считаем, что потенциал точки Р равен нулю). Поэтому нам необходимо найти потенциал катода Для этого нужно определить падение напряжения на сопротивлении в 1 килоом.
Полагая, что токи через сопротивления идут в направлениях, показанных на рисунке стрелками, и обозначая их $I_{1}$ и $I-{2}$, мы можем записать, что
$I_{0} + I_{2} = I_{1}$. (1)
Для того чтобы найти $I_{1}$ и $I_{2}$, нам необходимо составить еще одно уравнение. Обойдем контур, состоящий из сопротивлений и источника с э. д с. 200 в. Так как работа по перенесению заряда в электрическом ноле равна разности потенциалов, умноженной на величину заряда, то мы можем записать, что
$E - u_{1} - u_{2} = 0$ (2)
или $E = I_{1} \cdot R_{1} + I_{2} \cdot R_{2}$.
Решая уравнения (1) и (2) совместно, найдем, что $I_{1} \simeq 73 ма$ Это означает, что потенциал катода равен $I_{2}R_{1} = 73 в$, а разность потенциалов между анодом и катодом равна 27 в.
Аналогично рассмотрим вторую схему. Если мы, как и в первом случае, предположим, что через фотоэлемент не идет ток, то можно считать, что у нас имеются две цепочки, одна из которых состоит из включенных последовательно сопротивлении в 1 и 3 килоома, а вторая - из сопротивлений в 2 и 4 килоома, причем обе цепочки соединены параллельно и подключены к источнику с э. д. с. 100 в. Тогда через сопротивления в 1 и 3 килоома будет идти тик $I = \frac{100 в}{4 \cdot 10^{3} ом } = 2,5 \cdot 10^{-2} а = 25 ма$, а паденне напряжения на сопротивлении в 1 килоом будет равно 25 в. Значит, потенциал анода равен $\phi_{A} = 100 в - 25в = 75в$. Аналогично можно найти потенциал катода. Он в атом случае равен $33 \frac{1}{3} в$. Получается, чти потенциал анода выше потенциала катода, и через фотоэлемент должен идти ток.
Будем считать, чтo токи через все сопротивления идут в направлении сверху вниз, а через фотоэлемент - слева направо. Тогда можно написать следующие уравнения:
$I_{4} + I_{0} = I_{2}$.
$I_{1} - I_{0} = I_{3}$,
$I_{1}R_{1} + U_{0} - I_{4}R_{4} = 0$,
$E = I_{1}R_{1} + I_{3}R_{3}$.
$E = I_{2}R_{2} + I_{4}R_{4}$.
Здесь $U_{0}$ - падение напряжения на фотоэлементе
Так же как и для предыдущей схемы первые два уравнении в этой системе выражают закон сохранения заряда. Действительно, например, в точку соединения сопротивлений в 4 ком и 2 ком и фотоэлемента за единицу времени втекает заряд $I_{0} + I_{4}$, а вытекает $I_{2}$.
Решая эту систему, получим $U_{0} \approx 20,8 в$.
