Ответьте на вопросы, страница 43 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопрос

При каких частотах сопротивление участков цепи возрастает? Что произойдет, если участки цепи подключить к источнику постоянного тока?

При каких частотах сопротивление участков цепи возрастает?

Сопротивление участков цепи переменному току (импеданс) зависит от их состава. Рассмотрим три основных элемента цепи: резистор, катушку индуктивности и конденсатор.

1. Резистор (активное сопротивление): Сопротивление идеального резистора $\text{R}$ не зависит от частоты переменного тока. Его импеданс всегда постоянен.

2. Катушка индуктивности (индуктивность): Реактивное сопротивление катушки индуктивности, или индуктивное сопротивление, определяется по формуле: $X_L = \omega L = 2\pi fL$, где $\text{L}$ – индуктивность катушки, $\omega$ – циклическая частота, $\text{f}$ – частота тока. Из формулы видно, что сопротивление катушки индуктивности прямо пропорционально частоте. Таким образом, ее сопротивление возрастает с увеличением частоты (на высоких частотах).

3. Конденсатор (ёмкость): Реактивное сопротивление конденсатора, или емкостное сопротивление, определяется по формуле: $X_C = \frac{1}{\omega C} = \frac{1}{2\pi fC}$, где $\text{C}$ – ёмкость конденсатора. Из формулы видно, что сопротивление конденсатора обратно пропорционально частоте. Таким образом, его сопротивление возрастает с уменьшением частоты (на низких частотах).

Ответ: Сопротивление участков цепи, содержащих катушку индуктивности, возрастает при увеличении частоты (на высоких частотах). Сопротивление участков цепи, содержащих конденсатор, возрастает при уменьшении частоты (на низких частотах). Сопротивление резисторов от частоты не зависит.

Что произойдет, если участки цепи подключить к источнику постоянного тока?

Подключение к источнику постоянного тока эквивалентно рассмотрению цепи при частоте $f=0$ Гц.

1. Резистор: При подключении к источнику постоянного тока резистор будет вести себя так же, как и в цепи переменного тока. Он будет оказывать сопротивление $\text{R}$, и через него будет протекать постоянный ток, величина которого определяется законом Ома: $I = \frac{U}{R}$, где $\text{U}$ - напряжение источника.

2. Катушка индуктивности: Для постоянного тока частота $f=0$, следовательно, индуктивное сопротивление $X_L = 2\pi \cdot 0 \cdot L = 0$. Это означает, что в установившемся режиме (после завершения переходного процесса) идеальная катушка индуктивности ведет себя как проводник с нулевым сопротивлением, то есть как короткое замыкание. Ток в цепи будет ограничен только активным сопротивлением самой катушки (сопротивлением провода) и внутренним сопротивлением источника.

3. Конденсатор: Для постоянного тока частота $f=0$, следовательно, емкостное сопротивление $X_C = \frac{1}{2\pi \cdot 0 \cdot C} \rightarrow \infty$. Это означает, что конденсатор для постоянного тока представляет собой разрыв цепи. При подключении к источнику через конденсатор протекает кратковременный зарядный ток, пока напряжение на нем не станет равным напряжению источника. После зарядки ток через идеальный конденсатор прекращается.

Ответ: При подключении к источнику постоянного тока резистор будет работать как обычно, ограничивая ток. Катушка индуктивности (в идеале) станет эквивалентна короткому замыканию (проводнику), не оказывая сопротивления постоянному току. Конденсатор (в идеале) станет эквивалентен разрыву цепи, полностью блокируя прохождение постоянного тока после своей зарядки.