마이노트

[일반물리학]

0

위 그림과 같은 회로에서, C_{1} = 2.0~\mu\text{F}인 축전기가 V_{0} = 100~\text{V}로 초기에 충전되어 있습니다. C_{2} = 8.0~\mu\text{F}인 축전기는 초기엔 충전되어 있지 않습니다. 스위치 S를 닫고 오랜 시간이 지난 후, 저항 R에서 열에너지로 소모된 총 에너지(U_{\text{lost}})는 얼마인가요?

저항에서 소모된 에너지는 계의 초기 에너지와 나중 에너지의 차이입니다 (U_{\text{lost}} = U_{i} - U_{f}).

1. 초기 에너지 U_{i}: \displaystyle U_{i} = \dfrac{1}{2} C_{1} V_{0}^{2} = \dfrac{1}{2}(2.0 \times 10^{-6}~\text{F})(100~\text{V})^{2} = 10.0~\text{mJ}

2. 나중 에너지 U_{f}: 스위치를 닫으면 전하가 재분배되어(Q_{0} 보존) 두 축전기의 전압 V_{f}가 같아집니다.

\displaystyle V_{f} = \dfrac{Q_{0}}{C_{\text{total}}} = \dfrac{C_{1}V_{0}}{C_{1} + C_{2}} = \dfrac{(2.0~\mu\text{F})(100~\text{V})}{2.0~\mu\text{F} + 8.0~\mu\text{F}} = 20~\text{V}

\displaystyle U_{f} = \dfrac{1}{2}(C_{1} + C_{2})V_{f}^{2} = \dfrac{1}{2}(10.0 \times 10^{-6}~\text{F})(20~\text{V})^{2} = 2.0~\text{mJ}

3. 손실된 에너지 U_{\text{lost}}: \displaystyle U_{\text{lost}} = U_{i} - U_{f} = 10.0~\text{mJ} - 2.0~\text{mJ} = 8.0~\text{mJ}

커뮤니티 Q&A

문제와 관련된 게시글이에요.

이해가 안 되거나 궁금한 점이 있다면 커뮤니티에 질문해 보세요!

게시글 작성하기