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初考-電子工程基本電學大意10725單選題

如圖所示電路 , 電容器 的帶電量分別為 ,若 ,則 的值為何?

題目附圖
A1
B0.8
C0.4正確答案
D0.2
答案與詳解
C
正確答案
C1與C4串聯在同一支路(上下導線),C2與C3並聯後再與C1-C4支路並聯;串聯電容電荷相等,並聯電壓相等,Q2/Q4=0.4

為什麼答案是 C

詳解見下方知識表:C1與C4串聯(Q1=Q4=Q),C2與C3並聯後跨在中間兩節點,其兩端電壓=C1兩端電壓+C4兩端電壓之差,即等於電源電壓扣去兩串聯電容分壓後的中間節點電壓。設C1=k,C2=2k,C3=3k,C4=4k;串聯等效=C1‧C4/(C1+C4)=4k/5;並聯等效=C2+C3=5k。兩支路並聯,跨相同電壓V。串聯支路:Q4=Q1=(4k/5)V;並聯支路Q2=C2‧V=2kV。故Q2/Q4=(2kV)/((4k/5)V)=2/(4/5)=10/4=2.5… 重新核算:C1與C4串聯,兩端接電源V;中間節點A(C1下極板)與B(C4上極板)之間接C2與C3並聯。C1串C4的等效電容Cs=C1×C4/(C1+C4)=1×4/(1+4)=4/5(以單位k計)。C2‖C3=2+3=5(單位k)。兩支路並聯跨V:Q_串=Cs×V=(4/5)kV,故Q1=Q4=(4/5)kV;Q_並=(C2+C3)×V=5kV,其中Q2=C2×V=2kV。但C2與C3的V並非電源電壓!需看節點:C2兩端=中間節點A到B的電壓。C1兩端電壓V1=Q1/C1=(4kV/5)/k=4V/5;C4兩端電壓V4=Q4/C4=(4kV/5)/(4k)=V/5。中間節點電壓(A到B)=V-V1-V4…不對,A到B即為C2兩端電壓=V-V1(上)-V4(下)?再整理:上節點(電源正)→C1→節點M→C4→下節點(電源負);C2與C3並聯接在節點M與下節點之間(依圖C2在中柱,C4在下方)。故C2兩端電壓=V_M(對地)=C4兩端電壓=Q4/C4。令電源電壓為V,C1‧C4串聯與(C2‖C3)混聯:C2‖C3與C4並聯,再與C1串聯。C4‖(C2+C3)=4k‖5k=20k/9。總等效=C1+(C4‖C2‖C3之串聯)……重新看圖:電源E左側,上導線經C1到右上節點,右上節點往下接C2到右下節點,右上節點再往右接C3到右下節點,下導線經C4到右下節點。故C2與C3並聯,C1與C4分別串在上下導線。等效:C1串(C2‖C3)串C4。Cs_total= series(C1, C2‖C3, C4)。C2‖C3=5k。1/C_total=1/C1+1/(C2‖C3)+1/C4=1/k+1/5k+1/4k=(20+4+5)/20k=29/20k,C_total=20k/29。串聯電路各電容帶相同電荷:Q1=Q2_total=Q4=Q=(20k/29)V。Q4=(20k/29)V;C2與C3並聯,總電荷Q2+Q3=(20k/29)V,電壓相同:V_23=Q_total/(C2+C3)=(20kV/29)/(5k)=4V/29。Q2=C2×V_23=2k×4V/29=8kV/29。Q2/Q4=(8kV/29)/((20kV/29))=8/20=0.4 ✓

考點:串並聯電荷分配考點:電路拓撲誤判考點:串並聯混合電荷考點:電容比例誤用
載入中…

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