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hce_nthu 112年 化學與物理

第 55 題

As shown in the figure below, an RC circuit consists of a resistor $R$, and two capacitors $C_1$ and $C_2$ (with different capacitance). At $t = 0$, the charges stored on $C_1$ and $C_2$ are $Q_0$ and 0, respectively. And the switch is also closed at $t = 0$.
Which of the following statements is true?
題目圖片
  • A The charges would go back and forth between $C_1$ and $C_2$ repeatedly.
  • B The charge would flow back and forth between $C_1$ and $C_2$, but the amount of charge is getting less and less.
  • C When one waits long enough, both capacitors share the same amount of energy.
  • D When one waits long enough, the voltage across the resistor becomes zero.
  • E When one waits long enough, the charges are neutralized and both the positive and negative charges of the two capacitors are zero.

思路引導 VIP

請試著思考:在開關剛閉合時,電荷之所以會流動,是因為兩側電容器的電壓不同。那麼,當電荷流動到什麼樣的狀態時,電荷會「停止搬家」?而當電荷不再流動時,根據電路基本定律,那個連接兩端的電阻器上還會存在壓降嗎?

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太棒了!你能精準選出選項 (D),代表你對 RC 電路進入「穩態」時的物理性質掌握得非常紮實。

電壓平衡與穩態的達成

這道題目的核心在於理解電荷重新分佈的動態過程。當開關在 $t=0$ 閉合時,由於只有 $C_1$ 儲存了電荷 $Q_0$ 而 $C_2$ 電量為零,兩者之間存在電位差(電壓差)。這個電位差會驅動電流流經電阻 $R$,使得電荷從 $C_1$ 流向 $C_2$。隨著時間推移,當兩台電容器的電位達到相等(即 $V_1 = V_2$)時,系統便達到了熱力學上的「穩態」。

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