Вариант 1 В11. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента Φ, полученная при его освещении монохроматическим излучением, изображена на рисунке 1. Участок
АВ вольт-амперной характеристики — линейный, задерживающее напряжение
Uз = 3,2 В, сила тока
I0 = 80 мкА. Если, не изменяя освещения, к фотоэлементу подключить реостат
R (см. рис. 2), то максимальная мощность
Рmax тока на реостате будет равна ...
мкВт.
Решение. Если фотоэлемент подключить в цепь, то он будет работать как источник тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением
r, которые можно найти из закона Ома для полной цепи:
\[
I = \frac{E}{R+r}, \quad
I \cdot R = U = E - I \cdot r. \quad (1) \]
Используя график, уравнение (1) можно расписать для двух значений:
I0 = 80 мкА, U0 = 0, U1 = Uз = 3,6 В, I1 = 0.
U0 = E — I0⋅r, U1 = E — I1⋅r.
Решая полученную систему уравнений, находим
E = U1 = 3,2 В, r = E/I0 = 4,0⋅104 Ом.
Максимальная мощность тока на реостате будет при
R =
r, т.е.
\[
P_{max} = I^2 \cdot R =
\left( \frac{E}{R+r} \right) ^2 \cdot R = \frac{E^2}{4r}, \]
Pmax =
64 мкВт.