如图所示电路中,电池的电动势为E,两个电容器的电容皆为C,K为一单刀双掷开关.开始时两电容器均不带电 (1)第一种情况,现将K与a接通,达到稳定,此过程中电池内阻消耗的电能等于
问题描述:
如图所示电路中,电池的电动势为E,两个电容器的电容皆为C,K为一单刀双掷开关.开始时两电容器均不带电
(1)第一种情况,现将K与a接通,达到稳定,此过程中电池内阻消耗的电能等于 ___ ;再将K与a断开而与b接通,此过程中电池供给的电能等于 ___ .
(2)第二种情况,现将K与b接通,达到稳定,此过程中电池内阻消耗的电能等于 ___ ;再将K与b断开而与a接通,此过程中电池供给的电能等于 ___ .
答
(1)电容器储存的电荷量为 Q=CU=CE,故电容器储存的能量 E1=
E2C.1 2
电池消耗的总能量 E0=E2C,所以电池内阻消耗的电能为E电1=E0-E1=
E2C.1 2
再将K与a断开而与b接通,等效为第一个状态(K与a接通)时突然断开一段导线,从中再接入一个电容器,此时上面的电容器仍有电荷和电压(大小等于电动势),由于断开的导线两端并无电压,所以接入一个电容器后,没有变化.所以这一个过程中电池并没有放电,因而供给电能为0.
(2)K与b接通时相当于两个电容器串联,电压都为
E,每个电容器带的电荷量为Q′=1 2
EC,故总的储存电能E2=2×1 2
C(1 2
E)2=1 2
CE2,而此时流经电池的电荷量为1 4
EC,故电池的消耗电能为1 2
E2C,所以这个过程中电池内阻消耗的电能为E电2=1 2
E2C.1 4
当K与a再接通时,直到稳定后流经电池的电量必为
EC,故电池供给电量为1 2
E2C.1 2
故答案为:
(1)
E2C,0;(2)1 2
E2C,1 4
E2C.1 2