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一道模拟网络电阻的习题

2012-03-20许槑

物理通报 2012年1期

许 槑

(中国科学院 北京 100190)

问题:各线电阻均为12Ω的12根导线构成一立方体的十二条边,如图1所示.请问此立方体任何两角之间的最大电阻是多少?

图1

解答:两角之间的最大电阻为10Ω.

首先考虑相距最远两角A与H之间的电阻.施加一电压于A,H之间,从对称可知角B,C和D均处于相等之电压.因此,可以将B,C和D三个角联结起来形成A与(B,C,D)之间三个并联的电阻12 Ω,其结果得出电阻为4Ω.同理,将E,F和G联结起来得出H 与(E,F,G)之间的电阻也是4Ω.从而见到(B,C,D)与(E,F,G)之间被六个并联的12Ω的电阻联结着,两者之间的有效电阻为2Ω.最终得出A与H 之间的电阻为(4+2+4)Ω=10Ω.

其次,还要证明任何比A与H为近的两角之间的电阻都小于10Ω.虽然结论是明显的,但详细讨论一下是有益的.在A与E之间施加一电压,从系统的对称性可知角(B,C)与角(F,G)处于等电压,G与C或F与B之间均无电压差,从而G-C与F-B两根导线可以去掉,于是得出一个对于链环A-(B,C)-E(12Ω)与链环A-D-(G,F)-H-E(36 Ω)并联的网络.这样,得出A与E之间的电阻为9 Ω.

最后,考虑靠得最近的两个角A与B之间的电阻.当一电压施加于A,B之间时,角(D,C)与角(F,E)分别处于等电压,故D-G,C-G及E-H,FH 4根导线均可移去,出现了一个A-B(1 2Ω),A-D-F-B(36Ω)与A-C-E-B(36Ω)并联的网络.从而得出A,B间的电阻为

从上述解题过程可得出下列有助于对电网分析的4条小结:

(1)具有相同电压的点可以连接起来.

(2)连接相同电压之点的电阻可删除.

(3)删除节点之间的电阻不会降低电网中任何两点之间的电阻.

(4)在两节点间加入一电阻不会增加电网中任何两点间之电阻.

参照上述思路解下列两题:

[题1]电阻……

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