Опыт, страница 371 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

Обычно в кинотеатрах перед сеансом свет гасят очень медленно. Придумайте схему, с помощью которой это возможно осуществить.

Для плавного и медленного погасания света в кинотеатре можно использовать электрическую схему, основанную на свойствах RC-цепи (цепи, состоящей из резистора и конденсатора). Основная идея заключается в том, чтобы постепенно уменьшать мощность, подаваемую на лампы освещения, в течение некоторого времени. Рассмотрим одну из возможных схем, которая реализует этот эффект.

Принцип работы схемы

Предлагаемая схема состоит из источника питания, ламп, управляющего элемента и времязадающей RC-цепи. В качестве управляющего элемента, который регулирует ток через лампы, можно использовать мощный транзистор (например, полевой MOSFET). Транзистор работает как электронный "кран": в зависимости от напряжения на его управляющем электроде (затворе), он изменяет свое сопротивление и, следовательно, ток в цепи ламп. За медленность процесса отвечает времязадающая RC-цепь. Она состоит из конденсатора большой ёмкости ($\text{C}$) и резистора с большим сопротивлением ($\text{R}$). Характерное время процессов в такой цепи определяется постоянной времени $\tau = R \cdot C$. Чем больше ёмкость и сопротивление, тем медленнее будут происходить изменения напряжения в цепи.

Описание процесса погасания света

Процесс можно описать по шагам. В начальном состоянии, когда свет в зале горит, ключ (выключатель) находится в положении, при котором конденсатор $\text{C}$ полностью заряжен. Высокое напряжение с конденсатора подается на затвор транзистора, он полностью открыт и пропускает максимальный ток через лампы, заставляя их гореть с полной яркостью. В момент начала погасания оператор переключает ключ, запуская процесс разрядки конденсатора через резистор $\text{R}$. В процессе разрядки напряжение на конденсаторе $U_C$ начинает плавно уменьшаться со временем по экспоненциальному закону: $U_C(t) = U_0 \cdot e^{-t/\tau}$, где $U_0$ — начальное напряжение. Это медленно убывающее напряжение подается на затвор транзистора. По мере уменьшения управляющего напряжения транзистор начинает "прикрываться", пропуская всё меньше и меньше тока через лампы. В результате яркость ламп плавно снижается. В конечном состоянии, когда напряжение на конденсаторе упадет до порогового значения, транзистор закроется почти полностью, ток через лампы прекратится, и свет в зале погаснет. Выбрав достаточно большие значения $\text{R}$ и $\text{C}$, можно растянуть этот процесс на десятки секунд.

На практике для управления мощными лампами, работающими от сети переменного тока, используются более сложные схемы на основе полупроводниковых приборов, таких как симисторы (TRIAC). Однако основной принцип управления — использование RC-цепи для создания плавно изменяющегося во времени управляющего сигнала — остается тем же.

Ответ: Предложена схема на основе RC-цепи и управляющего элемента (транзистора). Медленное погасание света достигается за счет медленной разрядки конденсатора через резистор. Уменьшающееся со временем напряжение на конденсаторе управляет транзистором, который плавно снижает ток, протекающий через лампы, до полного их выключения. Скорость погасания определяется постоянной времени RC-цепи $\tau = R \cdot C$.