Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 11849
2019-11-30 
Вольтамперные характеристики элементов С и Б показаны на рисунках а и б (это идеализированные, вольтамперные характеристики стабилитрона и бареттера). Какой ток идет через элемент С в цепях, показанных на рисунке? Каково падение напряжения на элементе Б в схемах, показанных на рисунке?
Решение:
Будем для простоты считать, что сопротивления источников равны нулю. Рассмотрим сначала схемы, показанные на рисунках.
1) Через элемент С (рис. а) ток не идет, пока падение напряжения на нем не станет равным $U_{0}$. Таким образом, при $E \leq U_{0}$ $I_{C} = 0$. При $E > U_{0}$ падение напряжения на элементе С равно $U_{0}$, а падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $E - U_{0}$. При этом по цепи идет ток
$I_{C} = \frac{E - U_{0} }{R}$.
График зависимости $I_{C}$ от $E$ показан на рисунке.
2) Если э. д. с. источника (рис. а) такова, что через элемент Б идет ток. меньший $I_{0}$, то падении напряжения на нем равно нулю. При этом падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $E$ и, следовательно,
$I = \frac{E}{R}$.
Это равенство выполняется, пока $I \leq I_{0}$, то есть при $\frac{E}{R} \leq I_{0}$ или $E \leq I_{0} R$.
При $E > I_{0}R$ по цепи идет ток $I_{0}$, падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $I_{0}R$, а на элементе Б оно равно $E - I_{0}R$.
График зависимости падения напряжения на элементе Б от $E$ показан на рисунке.
Теперь рассмотрим схемы, показанные на рисунках.
3) Если э. д. с источника в схеме, показанной на рисунке б, меньше, чем $I_{0}R$, то ток через элемент С равен нулю, а через элемент Б идет ток
$I = \frac{E}{R}$.
Это верно, если $I \leq I_{0}$, то есть при $\frac{E}{R} \leq I_{0}$ или $E \leq I_{0}R$.
При увеличении э. д. с. источника ток через элемент Б может увеличиваться только до величины $I_{0}$. Если $E > I_{0}R$, но падение напряжения на элементах С и Б меньше $U_{0}$, ток идет только через элемент Б. Этот ток равен $I_{0}$. Поэтому падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $I_{0}R$, а падение напряжения на элементах С и Б равно $E - I_{0}R$. Это выполняется до тех пор пока
$E - I_{0}R \leq U_{0}$,
то есть при
$E \leq U_{0} + IR$.
При большей э. д. с, источника падение напряжения на элементах С и Б равно $U_{0}$, по сопротивлению $R$ идет ток $I_{R} = \frac{E - U_{0} }{R}$, через элемент Б идет ток $I_{Б} = I_{0}$, а через элемент C - $I_{C} = I_{R} - I_{Б} = \frac{E - U_{0} }{R} - I_{0}$.
Графики зависимости тока через сопротивление $R$, падения напряжения на элементах С и Б и тока $I_{C}$ от $E$ показаны на рисунке.
4) Ясно, что при $E \leq U_{0}$ падение напряжения на элементе С в схеме, показанной на рисунке б, меньше $U_{0}$, и ток по цепи не идет. При этом падение напряжения на элементе Б равно нулю. Когда $E$ станет больше $U_{0}$, по цепи будет идти ток $I = \frac{E - U_{0} }{R}$. По этот ток не может быть больше $I_{0}$. Пока $I < I_{0}$, то есть $\frac{E - U_{0} }{R} < I_{0}$ или $E < U_{0} + I_{0}R$, падение напряжения на элементе Б равно нулю. При $E \geq U_{0} + I_{0}R$ $I = I_{0}$, а падение напряжения на элементе Б равно $U_{Б} = E - I_{0}R - U_{0}$.
Графики зависимости тока, идущего по цепи, и напряжения $U_{Б}$ от $E$ показаны на рисунке.
Вольтамперные характеристики элементов С и Б показаны на рисунках а и б (это идеализированные, вольтамперные характеристики стабилитрона и бареттера). Какой ток идет через элемент С в цепях, показанных на рисунке? Каково падение напряжения на элементе Б в схемах, показанных на рисунке?
Решение:
Будем для простоты считать, что сопротивления источников равны нулю. Рассмотрим сначала схемы, показанные на рисунках.
1) Через элемент С (рис. а) ток не идет, пока падение напряжения на нем не станет равным $U_{0}$. Таким образом, при $E \leq U_{0}$ $I_{C} = 0$. При $E > U_{0}$ падение напряжения на элементе С равно $U_{0}$, а падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $E - U_{0}$. При этом по цепи идет ток
$I_{C} = \frac{E - U_{0} }{R}$.
График зависимости $I_{C}$ от $E$ показан на рисунке.
2) Если э. д. с. источника (рис. а) такова, что через элемент Б идет ток. меньший $I_{0}$, то падении напряжения на нем равно нулю. При этом падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $E$ и, следовательно,
$I = \frac{E}{R}$.
Это равенство выполняется, пока $I \leq I_{0}$, то есть при $\frac{E}{R} \leq I_{0}$ или $E \leq I_{0} R$.
При $E > I_{0}R$ по цепи идет ток $I_{0}$, падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $I_{0}R$, а на элементе Б оно равно $E - I_{0}R$.
График зависимости падения напряжения на элементе Б от $E$ показан на рисунке.
Теперь рассмотрим схемы, показанные на рисунках.
3) Если э. д. с источника в схеме, показанной на рисунке б, меньше, чем $I_{0}R$, то ток через элемент С равен нулю, а через элемент Б идет ток
$I = \frac{E}{R}$.
Это верно, если $I \leq I_{0}$, то есть при $\frac{E}{R} \leq I_{0}$ или $E \leq I_{0}R$.
При увеличении э. д. с. источника ток через элемент Б может увеличиваться только до величины $I_{0}$. Если $E > I_{0}R$, но падение напряжения на элементах С и Б меньше $U_{0}$, ток идет только через элемент Б. Этот ток равен $I_{0}$. Поэтому падение напряжения на сопротивлении $R$ равно $I_{0}R$, а падение напряжения на элементах С и Б равно $E - I_{0}R$. Это выполняется до тех пор пока
$E - I_{0}R \leq U_{0}$,
то есть при
$E \leq U_{0} + IR$.
При большей э. д. с, источника падение напряжения на элементах С и Б равно $U_{0}$, по сопротивлению $R$ идет ток $I_{R} = \frac{E - U_{0} }{R}$, через элемент Б идет ток $I_{Б} = I_{0}$, а через элемент C - $I_{C} = I_{R} - I_{Б} = \frac{E - U_{0} }{R} - I_{0}$.
Графики зависимости тока через сопротивление $R$, падения напряжения на элементах С и Б и тока $I_{C}$ от $E$ показаны на рисунке.
4) Ясно, что при $E \leq U_{0}$ падение напряжения на элементе С в схеме, показанной на рисунке б, меньше $U_{0}$, и ток по цепи не идет. При этом падение напряжения на элементе Б равно нулю. Когда $E$ станет больше $U_{0}$, по цепи будет идти ток $I = \frac{E - U_{0} }{R}$. По этот ток не может быть больше $I_{0}$. Пока $I < I_{0}$, то есть $\frac{E - U_{0} }{R} < I_{0}$ или $E < U_{0} + I_{0}R$, падение напряжения на элементе Б равно нулю. При $E \geq U_{0} + I_{0}R$ $I = I_{0}$, а падение напряжения на элементе Б равно $U_{Б} = E - I_{0}R - U_{0}$.
Графики зависимости тока, идущего по цепи, и напряжения $U_{Б}$ от $E$ показаны на рисунке.
