Câu hỏi
Cho một mạch điện kín gồm nguồn điện có suất điện động E = 12 (V), điện trở trong r = 2 (Ω).mạch ngoài gồm điện trở R1 = 6 (Ω).mắc song song với một điện trở R. Để công suất tiêu thụ ở mạch ngoài lớn nhất thì điện trở R phải có giá trị
- A R = 1 (Ω).
- B R = 2 (Ω).
- C R = 3 (Ω).
- D R = 4 (Ω).
Lời giải chi tiết:
Điện trở mạch ngoài là: \({{R}_{ng}}=\frac{R.{{R}_{1}}}{R+{{R}_{1}}}=\frac{6R}{R+6}\)
Cường độ dòng điện trong mạch là:
\(I = \frac{E}{{r + {R_{ng}}}} = \frac{{12}}{{2 + {R_{ng}}}}\)
Công suất tiêu thụ của mạch ngoài là:
\(P={{I}^{2}}{{R}_{ng}}=\frac{{{12}^{2}}.{{R}_{ng}}}{{{\left( 2+{{R}_{ng}} \right)}^{2}}}=\frac{144.{{R}_{ng}}}{{{R}_{ng}}^{2}+4{{R}_{ng}}+4}=\frac{144}{{{R}_{ng}}+4+\frac{4}{{{R}_{ng}}}}\)
Để công suất tiêu thụ của mạch ngoài cực đại, ta có:
\(P\max \Leftrightarrow \left( {{R}_{ng}}+4+\frac{4}{{{R}_{ng}}} \right)\min \Rightarrow \left( {{R}_{ng}}+\frac{4}{{{R}_{ng}}} \right)\min \)
Áp dụng bất đẳng thức Cô – si, ta có:
\({{R}_{ng}}+\frac{4}{{{R}_{ng}}}\ge 2\sqrt{{{R}_{ng}}.\frac{4}{{{R}_{ng}}}}=4\) (dấu “=” xảy ra \(\Leftrightarrow {{R}_{ng}}=\frac{4}{{{R}_{ng}}}\Rightarrow {{R}_{ng}}=2\,\,\Omega \) )
Vậy để \(P\max \Leftrightarrow {{R}_{ng}}=2\Rightarrow \frac{6R}{6+R}=2\Rightarrow 6R=12+2R\Rightarrow R=3\,\,\left( \Omega \right)\)
Chọn C.