Консультация онлайн # 203150

Раздел: Физика
Автор вопроса: lizahidekova (Посетитель)
Дата: 11.09.2022, 12:04 Консультация неактивна
Поступило ответов: 1
Всем доброго времени суток! У меня возникли сложности с Электротехникой суть вопроса такова:
Дана батарея конденсаторов соединенных смешанным способом и подключенных к сети переменного тока напряжением 220 В. Схема включения соответствует варианту задания, по заданным в таблице параметрам рассчитать:
1) Эквивалентную емкость батареи (Cэкв).
2) Заряд каждого конденсатора (q1, q2, q3, q4,q5).
3) Энергию каждого конденсатора (Wэ1, Wэ2, Wэ3, Wэ4,Wэ5).

С1=16мкФ,С2=18мкФ,С3=20мкФ,С4=5мкФ,С5=30мкФ.

-----
Прикрепленные файлы:

Здравствуйте, lizahidekova !
Условие задачи: Батарею конденсаторов С1 … С5 подключили к Источнику напряжения 220 В.
С1 = 16 мкФ, С2 = 18 мкФ, С3 = 20 мкФ, С4 = 5 мкФ, С5 = 30 мкФ.
Вычислить: Эквивалентную ёмкость батареи Cэкв) ; Заряд каждого конденсатора q1 , q2 , q3 , q4 , q5 ;
Энергию каждого конденсатора W1, W2 , W3 , W4 , W5 .

Решение : Вам досталась ошибочно-сформулированная задача, которая имеет множество решений даже при подключении Батареи к Источнику постоянного напряжения. В Условии не указаны начальные заряды каждого конденсатора перед тем, как их соединили в Батарею и подключили к Источнику. Начальные заряды НЕ влияют на искомую ёмкость батареи, но влияют на заряды и энергии каждого конденсатора в конечном итоге.

При подключении Батареи к "к сети переменного тока напряжением 220 В", как было в исходном Условии, количество вариантов ответов увеличивается много-кратно в зависимости от параметров уравнения, описывающего упомянутое переменное напряжение. Потому что ни частота, ни начальная фаза переменного напряжения не заданы, как не задан и момент времени, в который надо вычислить заряды и энергии.

К счастью, Вы нашли и предоставили Пример решения в минифоруме Вашей консультации. В примере явно видно, что расчёт сделан для случая подключения Батареи конденсаторов к источнику постоянного напряжения. Следуя Вашему Примеру, полагаем, будто все конденсаторы до соединения в Батарею были НЕ заряжены , либо принудительно разряжены.

Сложное смешанное соединение конденсаторов группируем в простые группы, в которых по 2 конденсатора соединены параллельно либо последовательно. Заменяем каждую группу единым конденсатором с эквивалентной ёмкостью. Получаем простую для расчёта схему соединени. Рисунок со схемой прилагаю ниже.

Формулы вычисления ёмкости сгруппированных конденсаторов я уже показывал Вам ниже в минифоруме. Осталось произвести вычисления. Вы можете вычислять любым удобным Вам способом (на бумажке, используя Windows-калькулятор, OnLine-калькуляторы…). Я люблю вычислять в популярном приложении Маткад (ссылка) . Маткад избавляет меня от частых ошибок. Маткад-скриншот с вычислениями и эл-схемой прилагаю . Я добавил в скрин подробные комментарии зелёным цветом , чтобы Вам был понятен ход рассуждений.
Ответ: Эквивалентная ёмкость батареи равна 5,1 мкФ;
Заряды конденсаторов q1 = q2 = q3 = 1,12 ; q4 = 0,16 , q5 = 0,96 все в мкКл.
Энергии конденсаторов W1 = 39 , W2 = 35 , W3 = 31 , W4 = 2,6 , W5 = 15,3 все в мДж.
Проверка сделана.

Последнее редактирование 15.09.2022, 00:54 Алексеев Владимир Николаевич (Мастер-Эксперт)


Алексеев Владимир Николаевич

Мастер-Эксперт
14.09.2022, 16:20
5
Very good

Мини-форум консультации # 203150

Алексеев Владимир Николаевич

Мастер-Эксперт

ID: 259041

326920

= общий =    12.09.2022, 01:29
Здравствуйте, lizahidekova !
Вы писали "У меня возникли сложности", но не сформулировали свою просьбу о помощи. В чём именно у Вас "сложности" ?

"Эквивалентную емкость батареи" - это легко: Общая ёмкость параллельно-соединённых конденсаторов С4 , С5 равна
С45 = C4 + С5 = 5+30 = 35 мкФ .
Общая ёмкость последовательно-соединённых конденсаторов С1 , С3 равна
С13 = 1 / (1 / С1 + 1 / С3) = С1·С3 / (С1 + С3) = 16·20 / (16 + 20) = 320 / 36 = 80 / 9 ≈ 8,89 мкФ .
Искомое Cэкв = 1 / (1 / С13 + 1 / С45 + 1 / С2)
"Заряд каждого конденсатора" и "Энергию каждого конденсатора" - они НЕ постоянны, поскольку подключенны "к сети переменного тока". Переменное напряжение Источника U принято описывать несколькими параметрами:
U(t) = Um·cos(ω·t + φ0) , из которых в Условии задан лишь один "220 В", и тот некорректно, тк его толкование двусмысленно. То ли "220 В" - это Действующее напряжение, то ли Амплитудное?
Я надеюсь, Вы знаете, что в бытовой электросети СНГ Действующее напряжение равно 220 В, а амплитудное в √2 раз больше?

Откуда у Вас эта задача с недостающими данными для решения? Что хочет от Вас Ваш преподаватель? То ли вычислять заряды и энергии в какой-то конкретный момент времени с произвольно-придуманными начальной фазой, частотой и напряжением? То ли вычислять максимальные значения этих величин? То ли обобщить искомые параметры в виде формул без вычислений? Я полагаю, Вам лучше попытаться уточнить некорректно-сформулированное Условие задачи у препода.
Если Вы забыли теорию, см учебные статьи "Электроёмкость. Конденсаторы" Ссылка1,
"Соединения конденсаторов. Энергия электрического поля конденсатора" eduspb.com/node/1763.
lizahidekova

Посетитель

ID: 406223

326925

= общий =    12.09.2022, 18:04
Без понятия,сказал просто решайте,а что и как не знаю.
Алексеев Владимир Николаевич

Мастер-Эксперт

ID: 259041

326927

= общий =    13.09.2022, 05:03
Вы не ответили на мой уточняющий вопрос "Откуда у Вас эта задача с недостающими данными для решения?"
Я уже много лет помогаю бесплатно и успешно студентам, трачу своё время. Было немало случаев, когда я решал по Вашему принципу "просто решайте", не зная конкретно, который вариант решения хочет получить Ваш преподаватель на свою НЕконкретно-сформулированную (топорно-сочинённую) задачу? Автор Консультации имел требуемый Ответ для нужного ему варианта решения, но не сообщил его сразу, вынуждая меня пере-пробовать много вариантов решений наугад.

Помимо того, что для решения по формуле U(t) = Um·cos(ω·t + φ0) Ваш препод не потрудился задать конкретные величины, и мне придётся решать, учитывая множество вариантов, существует ещё и аналогичная формула
U(t) = Um·sin(ω·t + φ0) , удваивающая число возможных вариантов решения.

На Вашем последнем скрине показано окончание примера Решения, в котором подразумевается какое-то конкретное (а не изменяющееся во времени) напряжение либо заряд. По какому принципу Ваш препод хочет, чтоб мы выбрали это конкретное напряжение? Может, заменить переменное напряжение 220 В на постоянное, и тогда все неясности прояснятся ? Покажите НАЧАЛО решения.

Я повторяю свои вопросы: "Откуда у Вас эта задача с недостающими данными для решения?", Имеете ли Вы правильный Ответ для быстрого выбора? На какой уровень подготовки рассчитана задача - для студента либо старше-классника?
Какую тему Вы проходили непосредственно перед получением своей задачи?
Покажите сюда лекцию, или конспект, или методичку своего (не с чужого сайта!) учеб-заведения или ссылку на неё. Или ПОЛНЫЙ пример решения.
Я жду Ваши ответы на ВСЕ мои вопросы.
lizahidekova

Посетитель

ID: 406223

326930

= общий =    13.09.2022, 18:29
1) Задачу мне дал преподаватель в колледже толком нечего не объяснив говорит:"Читайте задание и делайте по примеру",а пример вообще толком не помог т.к там одно, а у нас совсем по другому(Практическая работа №1)
2)начало прикрепила(Было взято не с сайта)
3)Студент
4)Последняя тема: Энергия электрического поля конденсатора
механическая работа совершаемая при раздвижении
5) как можно увидеть с решением в конце беда, взяла второй способ решения ,не через дроби.
Алексеев Владимир Николаевич

Мастер-Эксперт

ID: 259041

326934

= общий =    14.09.2022, 01:28
Сегодня Вы - умничка, прислали всё, что нужно. Из Вашего последнего скрина я наконец понял, что Образец Решения построен на факте НЕизменности (от времени) напряжения U = 220 В . То есть, Батарея конденсаторов подключена к Источнику Постоянного (а НЕ переменного) напряжения. Головотяпы из Вашего учеб-заведения безответственно и безнаказанно портят нервы студентам

Теперь для решения Вашей задачи остась применить простые формулы из учеб-статей, что я показал Вам в своём первом посте.
Идея: Базовое напряжение U надо грамотно распределить м-ду всеми конденсаторами. Как распределить ?
1) При параллельном соединении конденсаторов (или групп конд-в) на всех кондёрах растекается одинаковое напряжение.
2) При последовательном соединении конденсаторов (или их групп) ч-з все элементы протекает одинаковый ток i за одинак-время t ; и в итоге каждый элемент (C1 , C3) получает одинаковый заряд, равный заряду группы (q = i*t) .

Сейчас мне некогда решать Вашу задачу. Я займусь ею ч-з ~ 20 час. Будет очень хорошо, если за это время Вы решите свою любимую задачу самостоятельно. (Любимую работу делать всегда легче, чем НЕлюбимую).
lizahidekova

Посетитель

ID: 406223

326937

= общий =    14.09.2022, 18:15
Осталось только перевести в Джоули и начертить чертежи по действиям,спасибо за помощь)
Алексеев Владимир Николаевич

Мастер-Эксперт

ID: 259041

326938

= общий =    15.09.2022, 01:07
НаЗдоровье Вам, Лиза! Надеюсь, "перевести в Джоули" Вы сможете сами без особого труда и ошибок.
А какие "чертежи по действиям" хочет от Вас Ваш странный преподаватель? - Я не знаю.
Вчера поздно вечером (по Владивостоку) перед отправкой Вам Ответа я скопировал данные из окна Маткада в текст и не дописал одну букву (уставший был, прошу прощения). В тексте Ответа в 3й снизу строке текста
"Заряды конденсаторов q1 = q2 = q3 = 1,12 …"
надо вместо "все в мКл" читать "все в мкКл".
Сегодня утром я перечитал, заметил описку и исправил её. smile
Возможность оставлять сообщения в мини-форумах консультаций доступна только после входа в систему.
Воспользуйтесь кнопкой входа вверху страницы, если Вы зарегистрированы или пройдите простую процедуру регистрации на Портале.