Feladat:	1683. fizika feladat	Korcsoport: 18-	Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):	Rimóczi Edit
Füzet:	1981/szeptember, 39 - 40. oldal		PDF  |  MathML
Témakör(ök):	Áram hőhatása (Joule-hő), Félvezető dióda, Feladat
Hivatkozás(ok):	Feladatok: 1980/december: 1683. fizika feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.   a)   b)   A dióda a megadott karakterisztika szerint olyan eszköz, amelynek a két vége között $\mathrm{0,6}\text{V}$ feszültség van, ha rajta tetszőleges áram folyik, viszont ha $\mathrm{0,6}\text{V}$-nál kisebb feszültség van rajta, akkor lezár, azaz nem folyik áram. Ebből következik, hogy a kondenzátor csak $\mathrm{1,4}\text{V}$-ig tudjuk feltölteni. Ekkor a kondenzátor energiája: $\begin{array}{c}{\displaystyle W_c=\frac{C{\left(E-U_D\right)}^2}{2}=\mathrm{9,8}\cdot {10}^{-7}\text{J}}\end{array}$ (1) ahol $E=2\text{V}$, a telep elektromotoros ereje, $U_D=\mathrm{0,6}\text{V}$ a diódán eső feszültség, $C={10}^{-6}\text{F}$ a kondenzátor kapacitása, $Q=C\left(E-U_D\right)=\mathrm{1,4}\cdot {10}^{-6}\text{C}$ a kondenzátor töltése. A diódán $i\left(t\right)$ áram folyik át, tehát a $\Delta t$ idő alatt felszabaduló energia $U_{D}i\left(t\right)\Delta t$. A kondenzátor teljes feltöltése alatti munkát integrálással határozhatjuk meg: $\begin{array}{c}{\displaystyle W_D=\int U_{D}i\left(t\right)\text{d}t=U_D\int i\left(t\right)\text{d}t=U_{D}Q=\mathrm{8,4}\cdot {10}^{-7}\text{J}}\end{array}$ (2) Látjuk tehát, hogy a diódán felszabaduló hőt az áthaladt $Q$ töltés szabja meg. A telepből kivett energiát hasonló módon határozzuk meg: ${\displaystyle \begin{array}{cc}\hfill {\displaystyle W_T={\int }_{A}Ei\left(t\right)\text{d}t=E\int i\left(t\right)\text{d}t=EQ=\mathrm{2,8}\cdot {10}^{-6}\text{J.}}\hfill & \text{(<mn>3</mn>)}\\ \hfill {\displaystyle W_T=W_D+Wc+W_R}\hfill \end{array}}$ energiamérleget felírva, megkapjuk az ellenálláson fejlődő $W_R$ hőt. Behelyettesítve az (1), (2) és (3) értékeket $W_R=\mathrm{9,8}\cdot {10}^{-7}\text{J}$ adódik, függetlenül $R$ értékétől.    Rimóczi Edit (Kecskemét, Katona J. Gimn., IV. o. t.)   Megjegyzés. Bizonyos konvenciók szerint a feladat ábráján a dióda záróirányba van bekötve, azaz a körben a kapcsoló zárása után sem folyik áram. Nyilvánvaló, hogy nem erre a triviális válaszra voltunk kíváncsiak, tehát az ilyen választ adó dolgozatokat nem fogadtuk el.