Cho mạch điện như hình bên: U = 24V; R1 = 12Ω; R3 = 18Ω; Rx là biến trở. K là khoá điện. Bỏ qua điện trở của các dây nối.
1. Khi khoá K mở, di chuyển con chạy C của biến trở Rx = 16Ω thì công suất toả nhiệt trên biến trở là cực đại. Xác định giá trị của điện trở R2.
2. Khoá K đóng, hãy xác định giá trị của biến trở Rx để công suất toả nhiệt của đoạn mạch PQ (gồm R2, R3 và Rx) có giá trị bằng 12W.
1. Khi khóa K mở, sơ đồ mạch điện như sau: R1 nt R2 nt Rx
Công suất tỏa nhiệt trên biến trở là: \(P_x=U_xI=I^2R_x=\dfrac{U^2}{\left(R_1+R_2+R_x\right)}R_x\)
\(\Leftrightarrow P_x=\dfrac{U^2}{\dfrac{R_1+R_2}{R_x}+1}\)
Để \(\left(P_x\right)_{max}\) thì \(\left(\dfrac{R_1}{R_x}+\dfrac{R_2}{R_x}\right)_{min}\)
Áp dụng BĐT Cosi vào hai số \(\dfrac{R_1}{R_x}\) và \(\dfrac{R_2}{R_x}\) ta có:
\(\dfrac{R_1}{R_x}+\dfrac{R_2}{R_x}\ge2\sqrt{\dfrac{R_1R_2}{R_x^2}}\)
Dấu "=" xảy ra khi \(\dfrac{R_1}{R_x}=\dfrac{R_2}{R_x}\)\(\Rightarrow R_2=R_1=12\Omega\)
2. Khi K đóng, sơ đồ mạch điện như sau: R1 nt [(R2 nt Rx)//R3]
Công suất tỏa nhiệt đoạn mạch PQ là: \(P=U_{23x}.I=I^2R_{23x}=\dfrac{U^2}{\left(R_1+R_{23x}\right)^2}.R_{23x}\)
\(\Leftrightarrow12=\dfrac{24^2}{\left(12+R_{23x}\right)^2}.R_{23x}\)
\(\Rightarrow R_{23x}=12\Omega\)
Ta có: \(R_{23x}=\dfrac{\left(R_2+R_x\right)R_3}{R_2+R_3+R_x}\)\(\Leftrightarrow12=\dfrac{\left(12+R_x\right).18}{12+18+R_x}\)
\(\Rightarrow R_x=24\Omega\)
không đổi; điện trở của dây dẫn và khoá không đáng kể.
