Условие задачи:

Четыре одинаковых источника тока соединены, как показано на рисунке. ЭДС каждого источника равна 3 В, внутреннее сопротивление 0,5 Ом. Определите мощность, выделяющуюся на внешнем сопротивлении $R=2$ Ом.

Задача №7.4.34 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

$\rm E_0=3$ В, $r_0=0,5$ Ом, $R=2$ Ом, $P-?$

Решение задачи:

Мощность $P$, выделяющуюся на внешнем сопротивлении $R$, будем определять по следующей формуле:

$$P = {I^2}R$$

Силу тока на внешнем сопротивлении $R$ будем определять по закону Ома для полной цепи:

$$I = \frac{{\rm E}}{{R + r}}$$

Тогда:

$$P = \frac{{{{\rm E}^2}R}}{{{{\left( {R + r} \right)}^2}}}\;\;\;\;(1)$$

В этой формуле $\rm E$ — это эквивалентная ЭДС, а $r$ — это эквивалентное внутреннее сопротивление батареи источников, указанных на схеме.

Сначала найдем эквивалентную ЭДС $\rm E_1$ и эквивалентное внутреннее сопротивление $r_1$ источников, соединённых последовательно (т.е. источников на одной ветви). Это можно сделать по следующим формулам:

$$\left\{ \begin{gathered} {{\rm E}_1} = 2{{\rm E}_0} \hfill \\ {r_1} = 2{r_0} \hfill \\ \end{gathered} \right.$$

Теперь найдем эквивалентную ЭДС $\rm E$ и эквивалентное внутреннее сопротивление $r$ двух параллельно соединенных эквивалентных ЭДС:

$$\left\{ \begin{gathered} {\rm E} = {{\rm E}_1} \hfill \\ r = \frac{{{r_1}}}{2} \hfill \\ \end{gathered} \right.$$

Учитывая ранее приведенную систему, имеем:

$$\left\{ \begin{gathered} {\rm E} = 2{{\rm E}_0} \hfill \\ r = {r_0} \hfill \\ \end{gathered} \right.$$

Значит формула (1) примет вид:

$$P = \frac{{4{\rm E}_0^2R}}{{{{\left( {R + {r_0}} \right)}^2}}}$$

Отлично, задача решена в общем виде. Подставим численные значения величин в формулу и посчитаем численный ответ задачи:

$$P = \frac{{4 \cdot {3^2} \cdot 2}}{{{{\left( {2 + 0,5} \right)}^2}}} = 11,52\;Вт$$

Ответ: 11,52 Вт.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

7.4.33 Скоростной лифт массой 1600 кг за 300 с поднимается на высоту 30 м. Определить силу тока
7.4.35 На сколько градусов поднимется температура медного стержня, если по нему в течение 0,5 с
7.4.36 Определить ток короткого замыкания источника питания, если при токе 15 А он отдает