Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 4356
2017-10-15 
К источнику с ЭДС $\mathcal{E}$ подключили последовательно соединенные конденсатор, катушку индуктивности и полупроводниковый диод, имеющий в проводящем направлении бесконечно малое, а в обратном направлении - бесконечно большое сопротивление. Пренебрегая сопротивлением источника и проводов, найти установившееся напряжение на конденсаторе.
Решение:
Ясно, что решение задачи может зависеть от того, какой заряд имел конденсатор перед подключением источника. Поскольку противное не оговорено в условии, будем считать, что конденсатор первоначально не был заряжен. Тогда, если к положительному полюсу источника подключается катод диода, ток в цепи будет отсутствовать, т.к. диод будет находиться в непроводящем состоянии. Следовательно, заряд конденсатора будет оставаться равным нулю, и искомая разность потенциалов между обкладками конденсатора будет равна нулю. При противоположной полярности включения источника диод будет некоторое время находиться в проводящем состоянии. Поскольку прямое сопротивление диода по условию можно считать равным нулю, законы изменения тока в заданной цепи и такой же цепи, но не содержащей диода, не могут быть разными до тех пор, пока направление тока в цепи без диода не начнет изменяться. Учитывая, что вплоть до этого момента заряд конденсатора монотонно увеличивается, а сила тока в цепи должна изменяться непрерывно, и в момент изменения направления ток в цепи должен обратиться в нуль, можно утверждать, что в этот момент энергия магнитного поля должна стать равной нулю, а источник к этому моменту совершит работу, равную энергии, накопленной конденсатором, поскольку цепь не обладает омическим сопротивлением. При этом, как обычно, мы пренебрегаем и потерями на излучение электромагнитной энергии. Если обозначить величину протекшего к указанному моменту заряда $q$, а напряжение между обкладками конденсатора $U$, то в соответствии с определением ЭДС источника и формулой для расчета энергии заряженного конденсатора получим: $\mathcal{E} q = Uq/2$. Таким образом, в указанный момент времени напряжение между обкладками конденсатора должно стать равным $2 \mathcal{E}$. В последующие моменты времени в цепи без диода направление тока изменится, и конденсатор начнет перезаряжаться В рассматриваемой же цепи напряжение на диоде должно изменить знак и, следовательно, диод должен перейти в запертое состояние, в котором его проводимость равна нулю. Итак, искомое напряжение между обкладками конденсатора либо равно нулю, либо равно $2 \mathcal{E}$.
К источнику с ЭДС $\mathcal{E}$ подключили последовательно соединенные конденсатор, катушку индуктивности и полупроводниковый диод, имеющий в проводящем направлении бесконечно малое, а в обратном направлении - бесконечно большое сопротивление. Пренебрегая сопротивлением источника и проводов, найти установившееся напряжение на конденсаторе.
Решение:
Ясно, что решение задачи может зависеть от того, какой заряд имел конденсатор перед подключением источника. Поскольку противное не оговорено в условии, будем считать, что конденсатор первоначально не был заряжен. Тогда, если к положительному полюсу источника подключается катод диода, ток в цепи будет отсутствовать, т.к. диод будет находиться в непроводящем состоянии. Следовательно, заряд конденсатора будет оставаться равным нулю, и искомая разность потенциалов между обкладками конденсатора будет равна нулю. При противоположной полярности включения источника диод будет некоторое время находиться в проводящем состоянии. Поскольку прямое сопротивление диода по условию можно считать равным нулю, законы изменения тока в заданной цепи и такой же цепи, но не содержащей диода, не могут быть разными до тех пор, пока направление тока в цепи без диода не начнет изменяться. Учитывая, что вплоть до этого момента заряд конденсатора монотонно увеличивается, а сила тока в цепи должна изменяться непрерывно, и в момент изменения направления ток в цепи должен обратиться в нуль, можно утверждать, что в этот момент энергия магнитного поля должна стать равной нулю, а источник к этому моменту совершит работу, равную энергии, накопленной конденсатором, поскольку цепь не обладает омическим сопротивлением. При этом, как обычно, мы пренебрегаем и потерями на излучение электромагнитной энергии. Если обозначить величину протекшего к указанному моменту заряда $q$, а напряжение между обкладками конденсатора $U$, то в соответствии с определением ЭДС источника и формулой для расчета энергии заряженного конденсатора получим: $\mathcal{E} q = Uq/2$. Таким образом, в указанный момент времени напряжение между обкладками конденсатора должно стать равным $2 \mathcal{E}$. В последующие моменты времени в цепи без диода направление тока изменится, и конденсатор начнет перезаряжаться В рассматриваемой же цепи напряжение на диоде должно изменить знак и, следовательно, диод должен перейти в запертое состояние, в котором его проводимость равна нулю. Итак, искомое напряжение между обкладками конденсатора либо равно нулю, либо равно $2 \mathcal{E}$.
