Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda senter » 07/09/2017, 22:07

Mio secondo post stasera (spero non arrivi il terzo :? ) per un esercizio che devo svolgere.

Un circuito è composto da due condensatori, $C_1$ carico e $C_2$ scarico. In parallelo, come da figura,
ci sono due resistenze $R_1$ e $R_2$. Il circuito inizialmente è aperto e la tensione ai capi di $C_1$ è $V_{C1}$. In un istante, l'interruttore si chiude. Trovare l'energia dissipata su $R_2$ al termine del processo di scarica di $C_1$.
I dati forniti sono $C_1$, $V_{C1}$, $R_1$, $R_2$


Immagine

Il mio ragionamento è questo.

Trovo la resistenza equivalente:
\(\displaystyle \frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} = \frac{R_1 + R_2}{R_1 R_2} \)

Quindi:
\(\displaystyle R_{eq} = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} \)

Nel processo di scarica, il potenziale $V_C$ e la corrente $i$ valgono ($V_0$ = potenziale iniziale):

\(\displaystyle V_C(t) = \frac{q}{C}e^{-\frac{t}{RC}} = V_0e^{-\frac{t}{RC}}\)

\(\displaystyle i(t) = -\frac{dq}{dt} = \frac{q_0}{RC}e^{-\frac{t}{RC}} = \frac{V_0}{R}e^{-\frac{t}{RC}} = \frac{V_C}{R}\)

Ora, la potenza istantanea dissipata su $R_{eq}$ vale:
\(\displaystyle P(t) = R_{eq}*i^2 = \frac{V_0^2}{R}e^{e^-\frac{2t}{RC}} \)

e quindi nell'intero processo di scarica, viene dissipata l'energia:

\(\displaystyle W_{R_{eq}} = \int_0^{\infty} P(t) dt = \frac{V_0^2}{R}\int_0^{\infty} e^{-\frac{2t}{RC}} = \frac{1}{2}CV_0^2 \)

che corrisponde all'energia elettrostatica iniziale del condensatore.

Se ho fatto tutto giusto fino a qui, ora il mio problema è:
conosco l'energia dissipata su $R_{eq}$, come faccio a trovare quella su $R_2$?

Ho come l'impressione di aver affrontato il problema nel modo sbagliato
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda mgrau » 07/09/2017, 22:31

C2 ce lo possiamo dimenticare: è scarico all'inizio, sarà scarico alla fine. Nel transitorio si carica, ma poi si scarica anche, quindi lo lascerei fuori.
Non starei a calcolare la corrente, esponenziali ecc. Sappiamo semplicemente che la corrente si ripartisce sulle due resistenze in modo inversamente proporzionale alle resistenze, cioè $i_1R_1 = i_2R_2 => I_2 = I_1*R_1/R_2$
La potenza dissipata nelle resistenze è $I^2*R$ e facendo due conti si trova che per la potenza, e quindi anche per il lavoro, vale la stessa relazione: $W_2 = W_1*R_1/R_2$
$W_1+W_2 = 1/2C_1*V_0^2$; da qui e dalla precedente si ricava $W_2$
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda senter » 07/09/2017, 22:49

mgrau ha scritto:facendo due conti si trova che per la potenza, e quindi anche per il lavoro, vale la stessa relazione: $W_2 = W_1*R_1/R_2$


\(\displaystyle i_1 R_1 = i_2 R_2 \Longrightarrow i_2 = i_1 \frac{R_1}{R_2} \)

\(\displaystyle P_{R_2} = i_2^2 R_2 = i_1^2\frac{R_1^2}{R_2} \Longrightarrow P_{R_2} R_2 = i_1^2R_1^2 \Longrightarrow P_{R_2}\frac{R_2}{R_1} = i_1^2 R_1 = P_{R_1} \)

Quindi anche il lavoro che dipende dalla potenza sarà:

\(\displaystyle W_2 = W_1 \frac{R_1}{R_2} \)

mgrau ha scritto:$ W_1+W_2 = 1/2C_1*V_0^2 $


Il lavoro totale ovviamente l'hai calcolato come energia dissipata su $R_1$ + energia dissipata su $R_2$, coincide con il lavoro che viene speso per scaricare il condensatore?
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda mgrau » 07/09/2017, 22:50

:smt023
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda senter » 07/09/2017, 22:57

mgrau ha scritto::smt023


Vorrei poterti offrire almeno un caffè :D
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda mgrau » 07/09/2017, 23:02

Supponiamo che tu l'abbia fatto... :)
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda RenzoDF » 07/09/2017, 23:09

mgrau ha scritto:C2 ce lo possiamo dimenticare

Siamo sicuri? ... io direi di no. :wink:
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda mgrau » 07/09/2017, 23:29

RenzoDF ha scritto:
mgrau ha scritto:C2 ce lo possiamo dimenticare

Siamo sicuri? ... io direi di no. :wink:


Mah... alla fine tutta l'energia viene da C1 e viene tutta dissipata nelle resistenze. Il bilancio energetico di C2 è in pareggio.
Direi che C2, quando si chiude l'interruttore, si trova in parallelo con C1, cosicchè il circuito RC equivalente ha una costante di tempo maggiore, si scarica più adagio che se C2 non ci fosse, ma visto che ci viene chiesto il lavoro totale, non ci interessano i tempi...
Ultima modifica di mgrau il 07/09/2017, 23:41, modificato 1 volta in totale.
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda RenzoDF » 07/09/2017, 23:39

Ti rispondo con una domanda: cosa avviene nell'istante t=0+, subito dopo la chiusura dell'interruttore?
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Re: Energia dissipata su una resistenza

Messaggioda mgrau » 07/09/2017, 23:42

Ti ho risposto sopra
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