W szeregowym układzie R–C podłączonym do źródła napięcia stałego przebieg ma dwa etapy: stan przejściowy (ładowanie) i stan ustalony (po długim czasie).
Co dzieje się po dłuższym czasie? Kondensator gromadzi ładunek, a jego napięcie rośnie. W miarę ładowania maleje prąd w gałęzi, aż w granicy t → ∞ prąd dąży do zera. Skoro prąd jest (prawie) zerowy, to spadek napięcia na rezystorze wynosi UR = I·R ≈ 0. Z prawa napięciowego (suma spadków w obwodzie szeregowym równa jest napięciu źródła) wynika wtedy, że UC ≈ Uźródła. Dlatego poprawne jest stwierdzenie: "Napięcie na kondensatorze będzie równe napięciu źródła".
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są błędne?
- "Napięcie na kondensatorze będzie równe zero" – to mogłoby dotyczyć chwili tuż po podłączeniu (t=0) w pewnych uproszczeniach, ale nie stanu po długim czasie ładowania. W stanie ustalonym kondensator jest naładowany.
- "Napięcie na rezystorze będzie równe napięciu źródła" – na początku ładowania spadek na rezystorze może być duży, ale wraz ze spadkiem prądu maleje do zera. W stanie ustalonym nie może utrzymywać się równe napięciu źródła, bo wtedy na kondensatorze nie byłoby napięcia.
- "Napięcie na rezystorze i kondensatorze będzie równe zero" – w obwodzie z wymuszonym napięciem stałym suma spadków napięć musi odpowiadać napięciu źródła. Nie jest możliwe, aby oba spadki były jednocześnie zerowe, gdy źródło utrzymuje niezerowe napięcie.
Wskazówka egzaminacyjna: gdy widzisz obwód z kondensatorem i zasilaniem DC, zapytaj siebie: "Czy analizuję chwilę zaraz po włączeniu, czy po długim czasie?" W stanie ustalonym DC kondensator zachowuje się jak przerwa dla prądu (I≈0), ale napięcie na nim może być niezerowe.
