Номер 2.57, страница 45 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 2. Электрический ток в различных средах. Электрический ток в газах и в вакууме - номер 2.57, страница 45.

Условие.

2.57. На вход цепи AB (рис. 2.14, a) подано напряжение, изменяющееся с течением времени, как показано на графике (рис. 2.14, б). Нарисуйте график зависимости от времени напряжения на нагрузке $\text{R}$.

Рис. 2.14

Решение.

Решение

На схеме (рис. 2.14, а) изображена электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных резистора R (нагрузки) и вакуумного диода. Вакуумный диод обладает односторонней проводимостью: он пропускает электрический ток только в одном направлении, от анода к катоду. Это возможно только в том случае, когда потенциал анода выше потенциала катода. В данной схеме ток будет протекать, когда потенциал точки A выше потенциала точки B, то есть когда входное напряжение $u(t)$ положительно ($u(t) > 0$). Таким образом, данная цепь представляет собой однополупериодный выпрямитель.

Проанализируем работу схемы для разных полупериодов входного напряжения, график которого показан на рис. 2.14, б.

1. Когда на вход цепи подается положительная полуволна напряжения ($u(t) > 0$), диод открыт и пропускает ток. Если считать диод идеальным (его сопротивление в прямом направлении равно нулю), то всё входное напряжение прикладывается к нагрузке R. Следовательно, напряжение на нагрузке $U_R(t)$ будет равно входному напряжению: $U_R(t) = u(t)$.

2. Когда на вход поступает отрицательная полуволна напряжения ($u(t) \le 0$), потенциал анода становится ниже или равным потенциалу катода, и диод запирается. Ток в цепи не течет ($I(t) = 0$). Согласно закону Ома, падение напряжения на резисторе R в этом случае равно нулю: $U_R(t) = I(t) \cdot R = 0$.

Таким образом, напряжение на нагрузке R будет повторять форму положительных полуволн входного напряжения, а во время отрицательных полуволн будет равно нулю. Исходя из графика входного напряжения, которое представляет собой косинусоиду, график напряжения на нагрузке будет выглядеть следующим образом:

Ответ:

График зависимости напряжения на нагрузке R от времени представляет собой последовательность положительных участков исходного напряжения. В те моменты времени, когда входное напряжение положительно, форма напряжения на нагрузке повторяет входное. В те моменты времени, когда входное напряжение отрицательно, напряжение на нагрузке равно нулю. Этот процесс называется однополупериодным выпрямлением, а итоговый график показан в решении.