Резисторы, сопротивления которых R1=6 Ом и R2=24 Ом, подключены поочередно к источнику тока и потребляют одинаковую мощность. Определите внутреннее сопротивление источника и КПД цепи в каждом случае.
Для начала определим значение силы тока, потребляемого каждым резистором.
Пусть I - сила тока в цепи, тогда для резистора R1: U = I R1, P1 = I^2 R1 = I^2 * 6.
Для резистора R2: P2 = I^2 R2 = I^2 24.
Так как резисторы потребляют одинаковую мощность, то P1 = P2: I^2 6 = I^2 24, 6 = 24, I = sqrt(6).
Таким образом, сила тока в цепи I = sqrt(6) А.
Теперь определим внутреннее сопротивление источника тока Rв. По определению, внутреннее сопротивление источника тока равно отношению падения напряжения на источнике к силе тока в цепи: Rв = U / I.
В нашем случае, сила тока I = sqrt(6) А, а падение напряжения на источнике равно сумме падений напряжения на резисторах: U = I (R1 + R2) = sqrt(6) (6 + 24) = sqrt(6) * 30.
Таким образом, внутреннее сопротивление источника Rв = sqrt(6) * 30 / sqrt(6) = 30 Ом.
Наконец, определим КПД цепи. КПД цепи равен отношению потребляемой мощности к поставленной мощности: КПД = (P1 + P2) / (U * I).
Для начала определим значение силы тока, потребляемого каждым резистором.
Пусть I - сила тока в цепи, тогда для резистора R1:
U = I R1,
P1 = I^2 R1 = I^2 * 6.
Для резистора R2:
P2 = I^2 R2 = I^2 24.
Так как резисторы потребляют одинаковую мощность, то P1 = P2:
I^2 6 = I^2 24,
6 = 24,
I = sqrt(6).
Таким образом, сила тока в цепи I = sqrt(6) А.
Теперь определим внутреннее сопротивление источника тока Rв. По определению, внутреннее сопротивление источника тока равно отношению падения напряжения на источнике к силе тока в цепи:
Rв = U / I.
В нашем случае, сила тока I = sqrt(6) А, а падение напряжения на источнике равно сумме падений напряжения на резисторах:
U = I (R1 + R2) = sqrt(6) (6 + 24) = sqrt(6) * 30.
Таким образом, внутреннее сопротивление источника Rв = sqrt(6) * 30 / sqrt(6) = 30 Ом.
Наконец, определим КПД цепи. КПД цепи равен отношению потребляемой мощности к поставленной мощности:
КПД = (P1 + P2) / (U * I).
Подставляем известные значения:
КПД = (I^2 6 + I^2 24) / (U I) = (6 + 24) / (U sqrt(6)) = 30 / (30 * sqrt(6)) = 1 / sqrt(6) ≈ 0.408.
Таким образом, внутреннее сопротивление источника тока равно 30 Ом, а КПД цепи составляет около 0.408.