РУҚА
25

Решение: Диод в цепи постоянного тока

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Электрический ток и цепи
ВысокаяФИПИ866CB9Развёрнутое решение≈ 10 минутРазбор в 6 шагов
Условие

В цепи, изображённой на рисунке, сопротивление диода в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном — многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А положительного, а к точке В — отрицательного полюса батареи с ЭДС $12\ \text{В}$ и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением потребляемая мощность (тепловая мощность, выделяемая во внешней цепи) равна $7{,}2\ \text{Вт}$. При изменении полярности подключения батареи потребляемая мощность равна $21{,}6\ \text{Вт}$. Укажите для обоих случаев подключения батареи, протекает ли ток через диод и каждый из резисторов или нет, и определите сопротивления резисторов в этой цепи.

Схема цепи с резисторами $R_1$, $R_2$ и диодом
Схема цепи с резисторами $R_1$, $R_2$ и диодом
Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

При подключении положительного полюса батареи к точке А диод включён в обратном направлении, поэтому ток через диод и резистор $R_2$ не протекает. Ток проходит только через резистор $R_1$.

$$P_1=\frac{\mathcal{E}^2}{R_1}$$
2

Определим сопротивление первого резистора по мощности в этом случае.

$$R_1=\frac{\mathcal{E}^2}{P_1}=\frac{12^2}{7{,}2}=20\ \text{Ом}$$
3

При изменении полярности батареи диод включается в прямом направлении. Его сопротивлением можно пренебречь, поэтому ток протекает через диод, резистор $R_1$ и резистор $R_2$. Резисторы подключены параллельно.

$$P_2=\frac{\mathcal{E}^2}{R_{\text{экв}}}$$
4

Найдём эквивалентное сопротивление внешней цепи во втором случае.

$$R_{\text{экв}}=\frac{12^2}{21{,}6}=\frac{20}{3}\ \text{Ом}$$
5

Для параллельного соединения резисторов применим формулу.

$$\frac{1}{R_{\text{экв}}}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}$$

Подставим найденные значения и определим сопротивление второго резистора.

$$\frac{3}{20}=\frac{1}{20}+\frac{1}{R_2};\quad \frac{1}{R_2}=\frac{1}{10};\quad R_2=10\ \text{Ом}$$
Ответ

При подключении положительного полюса к А диод закрыт: ток идёт только через $R_1$, $R_2$ обесточен; $R_1=20\ \text{Ом}$. При обратной полярности диод открыт, ток идёт через диод и оба резистора; $R_2=10\ \text{Ом}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать, что при закрытом диоде ток проходит через резистор $R_2$.

Забывать, что при открытом диоде резисторы $R_1$ и $R_2$ соединены параллельно.

Использовать формулу $P=I^2R$ без учёта того, что в первом случае вся мощность выделяется только на $R_1$.

Закрепить приёмВ теме «Электрический ток и цепи» ещё 204 задачи — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Электрический ток и цепи»: в ней 205 задач, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.