Какова общая емкость, напряжение на третьем конденсаторе, эквивалентный заряд Qэкв и энергия электрического поля W, если С1 = 4 мкФ, С2 = 4 мкФ, С3 = 14 мкФ, С4 = 14 мкФ, C5 = 1 мкФ и U = 200 В?

Физика 10 класс Электрические цепи и конденсаторы емкость конденсаторов напряжение на конденсаторе эквивалентный заряд энергия электрического поля физика конденсаторов Новый

Для решения данной задачи, сначала необходимо определить, как конденсаторы соединены между собой: последовательно или параллельно. Предположим, что конденсаторы С1 и С2 соединены параллельно, а затем эта группа соединена последовательно с группой конденсаторов С3 и С4, которые также соединены параллельно, и в конце к ним подключен конденсатор С5.

Шаг 1: Найдем эквивалентную емкость для параллельного соединения С1 и С2.

• Сeq1 = С1 + С2 = 4 мкФ + 4 мкФ = 8 мкФ

Шаг 2: Найдем эквивалентную емкость для параллельного соединения С3 и С4.

• Сeq2 = С3 + С4 = 14 мкФ + 14 мкФ = 28 мкФ

Шаг 3: Теперь у нас есть две группы конденсаторов: Сeq1 и Сeq2, которые соединены последовательно с конденсатором С5.

• Сeq3 = 1 / (1 / Сeq1 + 1 / Сeq2 + 1 / С5)
• Сeq3 = 1 / (1 / 8 мкФ + 1 / 28 мкФ + 1 / 1 мкФ)

Теперь найдем общий заряд Qэкв:

• Qэкв = Сeq3 * U

Шаг 4: Теперь найдем напряжение на третьем конденсаторе С3.

• Напряжение на конденсаторе С3 будет равно: U3 = Qэкв / С3

Шаг 5: Наконец, найдем энергию электрического поля W.

• W = 0.5 * Qэкв * U

Теперь подставим значения и проведем расчеты. Для упрощения расчетов, давайте сначала найдем эквивалентную емкость Сeq3.

1 / Сeq3 = 1 / 8 + 1 / 28 + 1 / 1

1 / Сeq3 = 0.125 + 0.0357 + 1 = 1.1607

Сeq3 ≈ 0.861 мкФ.

Теперь можем найти общий заряд:

Qэкв = 0.861 мкФ * 200 В = 172.2 мкКл.

Теперь найдем напряжение на третьем конденсаторе С3:

U3 = Qэкв / С3 = 172.2 мкКл / 14 мкФ ≈ 12.3 В.

И, наконец, найдем энергию электрического поля:

W = 0.5 * Qэкв * U = 0.5 * 172.2 мкКл * 200 В ≈ 17222 мкДж = 17.222 Дж.

Итак, итоговые значения:

• Общая емкость: Сeq3 ≈ 0.861 мкФ
• Напряжение на С3: U3 ≈ 12.3 В
• Эквивалентный заряд: Qэкв ≈ 172.2 мкКл
• Энергия электрического поля: W ≈ 17.222 Дж