Упражнение 4
1. Пластины заряженного конденсатора попеременно заземляются. Будет ли при этом конденсатор разряжаться?
2. Плоский конденсатор, расстояние между обкладками которого d1 = 10 мм, зарядили до разности потенциалов U1 = 100 В, а затем отключили от сети. Определите разность потенциалов U2 между обкладками конденсатора, если их раздвинули до расстояния d2 = 20 мм.
3. Определите емкость конденсатора, площадь пластин которого равна S, а расстояние между пластинами d, если пластины погружены вертикально в жидкий диэлектрик до середины. Диэлектрическая проницаемость диэлектрика равна ε.
4. В конденсатор емкостью С0 внесли диэлектрическую пластинку с диэлектрической проницаемостью ε = 2. Пластинку расположили так, как указано на рисунке 1.114. Определите, во сколько раз изменилась емкость конденсатора при внесении в него пластинки. Площадь пластинки в 2 раза меньше площади Н обкладки конденсатора, а ее толщина в 2 раза меньше расстояния между обкладками.
5. Плоский конденсатор, пространство между пластинами которого заполнено керосином (ε = 2), расположен вертикально, заряжен и отключен от источника напряжения. Напряженность электрического поля при этом в керосине Е = 20 кВ/см. Из-за дефекта в корпусе конденсатора керосин начинает вытекать, а его место занимает воздух. Предельная напряженность электрического поля в воздухе, при которой наступает электрический пробой (разряд), Епр = 30 кВ/см. Какая доля δ керосина вытечет из конденсатора к моменту пробоя конденсатора?
6. Оцените приближенно электрическую емкость тела человека.
7. Найдите емкость металлического шара радиусом r, окруженного прилегающим концентрическим слоем диэлектрика с внешним радиусом R и диэлектрической проницаемостью ε.
8. К пластинам плоского конденсатора, находящимся на расстоянии d = 1 см друг от друга, приложена разность потенциалов U = 300 В. В пространство между пластинами помещается плоскопараллельная пластина из стекла толщиной d1 = 0,3 см и плоскопараллельная пластина из парафина толщиной d2 = 0,7 см. Найдите напряжения между поверхностями стеклянной и парафиновой пластин. Диэлектрические проницаемости стекла и парафина соответственно равны ε1 = 6 и ε2 = 2,6.
9. Определите емкость конденсатора с трехслойным диэлектриком, диэлектрические проницаемости слоев равны ε1, ε2, ε3 (рис. 1.115). Толщина каждого диэлектрика (слоя) равна d. Площадь пластин S.
10. Четыре одинаковые металлические пластины расположены в воздухе на равных расстояниях d друг от друга (d мало по сравнению с размерами пластин). Площадь каждой из пластин равна S. Пластина 1 соединена проводником с пластиной 3, а от пластин 2 и 4 сделаны выводы (рис. 1.116). Определите емкость С такого конденсатора.
11. Определите емкость С батареи конденсаторов, схематически изображенной на рисунке 1.117. У каждого конденсатора указано значение его емкости, выраженное в микрофарадах.
12. Из проволоки сделан куб, в каждое ребро которого включено по одному конденсатору емкостью С (рис. 1.118). Найдите емкость получившейся батареи конденсаторов, если она включается в цепь проводниками, присоединенными к вершинам А и В куба.
Источник
Физика. 10 класс
Конспект урока
Физика, 10 класс
Урок 28. Электрическая ёмкость. Конденсатор
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
- Электрическая ёмкость
- Плоский конденсатор
- Энергия конденсатора
Глоссарий по теме:
Конденсатор – устройство для накопления электрического заряда.
Электроёмкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.
Под зарядом конденсатора понимают модуль заряда одной из его обкладок.
Последовательное соединение – электрическая цепь не имеет разветвлений. Все элементы цепи включают поочередно друг за другом. При параллельном соединении концы каждого элемента присоединены к одной и той же паре точек.
Смешанное соединение — это такое соединение, когда в цепи присутствует и последовательное, и параллельное соединение.
Энергия конденсатора прямо пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля внутри его: 
Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения.
Основная и дополнительная литература по теме:
1. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б., Чаругин В. М. Физика. 10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. С. 321-330.
2. Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс.- М.:Дрофа,2009. С. 97-100.
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Конденсатор при переводе с латиницы означает, то что уплотняет, сгущает – устройство, предназначенное для накопления зарядов энергии электрического поля. Конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Главной характеристикой этого прибора, является его электроёмкость, которая зависит от площади его пластин, расстояния между ними и свойств диэлектрика.
Заряд конденсатора определяется – модулем заряда на любой одной из её обкладок. Заряд конденсатора прямо пропорционален напряжению между обкладками конденсатора. Коэффициент пропорциональности С называется электрической ёмкостью, электроёмкостью или просто ёмкостью конденсатора.
Электрической ёмкостью конденсатора называется физическая величина, которая численно равна отношению заряда, одного из проводников конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.
Чем больше площадь проводников и чем меньше пространство заполняющего диэлектриком, тем больше увеличивается ёмкость обкладок конденсатора.
Измеряется электрическая ёмкость в Международной системе СИ в Фарадах. Эта единица имеет своё название в честь английского физика экспериментатора Майкла Фарадея который внёс большой вклад в развитие теории электромагнетизма. Один Фарад равен ёмкости такого конденсатора, между пластинами которого возникает напряжение, равное одному Вольту, при сообщении заряда в один Кулон.
Электрическая ёмкость конденсаторов определяется их конструкцией, самыми простыми из них являются плоские конденсаторы.
Чем больше площадь взаимного перекрытия обкладок и чем меньше расстояние между ними, тем значительнее будет увеличение ёмкости обкладок конденсатора. При заполнении в пространство между обкладками стеклянной пластины, электрическая ёмкость конденсатора значительно увеличивается, получается, что она зависит от свойств используемого диэлектрика.
Электрическая ёмкость плоского конденсатора зависит от площади его обкладок, расстояния между ними, диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками и определяется по формуле:
где 
– электрическая постоянная.
Для того чтобы получить необходимую определённую ёмкость, берут несколько конденсаторов и собирают их в батарею применяя при этом параллельное, последовательное или смешанное соединения.
Энергия конденсатора равна половине произведения заряда конденсатора напряжённости поля и расстояния между пластинами конденсатора: u = Еd
Эта энергия равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин, это поле совершает положительную работу. При этом энергия электрического поля уменьшается:
Для любых конденсаторов энергия равна половине произведения электроёмкости и квадрата напряжения:
Примеры и разбор решения заданий:
1. Плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого равно 3 мм, заряжен до напряжения 150 В и отключен от источника питания. Разность потенциалов между пластинами возросла до 300 В.
- Во сколько раз увеличилась разность потенциалов между пластинами?
- Какое расстояние между пластинами конденсатора стало после того, как пластины были раздвинуты?
- Во сколько раз изменилось расстояние между пластинами.
Электрическая ёмкость конденсатора определяется по формуле:
1.По условию разность потенциалов увеличилось в два раза. U1 = 150В→ U2 = 300В.
2.По условию d = 3 мм, если разность потенциалов увеличилось в два раза, по формуле соответственно и расстояние между пластинами увеличилось в два раза, и d =2·3 мм = 6 мм.
3.Расстояние между пластинами увеличилось в два раза.
2. Конденсатор электроёмкостью 20 мкФ имеет заряд 4 мкКл. Чему равна энергия заряженного конденсатора?
Дано: С = 20 мкФ = 20 · 10 -6 Ф, q = 4 мкКл = 4·10 -6 Кл.
Энергия заряженного конденсатора W через заряд q и электрическую ёмкость С определяется по формуле:
Источник
Разноуровневые задачи по физике «Электроемкость. Конденсаторы» (10 класс)
Разноуровневые задачи. Электроемкость. Конденсаторы. 10 класс
Первый уровень
1.Какова должна быть емкость конденсатора, чтобы присоединив к сети постоянного тока напряжением 110В, получать на его обкладках заряд, равный 1 Кл.?
2.Плоский конденсатор, размеры пластин которого велики по сравнению с расстоянием между ними, присоединен к источнику постоянного напряжения. Изменится ли напряженность электрического поля между обкладками конденсатора, если пространство между ними заполнить диэлектриком?
3.Конденсатор составлен из двух лент алюминиевой фольги. Длина каждой ленты 125 см, ширина 2 см. Диэлектрик- парафиновая бумага толщиной 0.27 мм. Определите емкость конденсатора.
4.Требуется изготовить плоский конденсатор емкостью 2 мкФ, используя в качестве диэлектрика парафиновую бумагу толщиной 0.02мм. Определите общую площадь станиоля, необходимого для изготовления такого конденсатора.
5.Плоский конденсатор обладает емкостью 1400пФ, площадь каждой из пластин 14см 2 . Диэлектрик –слюда. Определить толщину слоя слюды.
6.Площадь каждой из пластин плоского воздушного конденсатора 62,8 см 2, а расстояние между пластинами 5 мм. Определите заряд конденсатора, если разность потенциалов между его обкладками равна 60В.
7.Конденсатор состоит из 10 листов парафиновой бумаги толщиной 0.02 мм и 11 листов станиоля площадью 31.4 см 2 каждый. Определите емкость такого конденсатора.
8.Конденсатор постоянной емкости сделан из листов станиоля проложенных слюдой. Сколько нужно слюдяных пластинок площадью 10 см 2 и толщиной0.1 мм, чтобы емкость конденсатора была равна 0.02мкФ?. Относительную диэлектрическую проницаемость слюды принять равной 9.
9.Три конденсатора емкость которых 2, 4, 6 мкФ, соединены последовательно. Определите общую емкость батареи.
10.Три одинаковых конденсатора, емкости которых 2, 0.5, 0.4 мкФ соединены параллельно. Определите общую емкость батареи.
11.Плоский конденсатор изготовлен из листов станиоля, проложенных слюдой. Сколько листов станиоля надо взять, чтобы получить емкость 0.1 мкФ, если толщина слюдовой пластинки равна 0.1 мм, ее площадь 60 см 2 , а диэлектрическая проницаемость 7?
12.Шар, радиусом 1м, заряжен до потенциала 3*10 4 В. Как велика электрическая энергия шара?
13.Заряд конденсатора 4*10 -4 Кл, напряжение на обкладках 500 В. Определите энергию заряженного конденсатора.
Второй уровень.
1.Заряд первого шара 2*10 -7 Кл, а второго 1*10 -7 Кл.. Емкости шаров равны соответственно 2,0 пФ и 3.0 пФ. Найдите окончательное распределение зарядов на шарах после того, как они будут соединены проводником.
2.Плоский конденсатор, расстояние между пластинами которого 1 см, заряжен до 300В и отключен от источника напряжения. Какова будет разность потенциалов, если пластины раздвинуть до 5 см?
3.Плоский конденсатор заряженный до разности потенциалов 21,7 кВ находится в воздухе. Площадь каждой его обкладки равна 10 см 2 , а расстояние между ними 5 мм. Определите заряд конденсатора.
4. Конденсатор состоит из двух пластин площадью 100 см 2 , находящихся в воздухе. Когда конденсатору сообщили заряд 6*10 -9 Кл, между обкладками возникла разность потенциалов 120 В. На каком расстоянии друг от друга находятся пластины конденсатора?
5.Плоский конденсатор погруженный в керосин, находится под напряжением 150В и имеет заряд 7*10 -8 Кл. Определите площадь каждой из платин конденсатора, если расстояние между ними 1,2 мм.
6.Плоский конденсатор, расстояние между которыми равна 3 мм, заряжен до напряжения 150В и отключен от источника питания. На каком расстоянии необходимо раздвинуть пластины конденсатора, чтобы разность потенциалов между ними возросла до 600В?
7.Обкладки конденсатора изолированы друг от друга пластиной из диэлектрика. Конденсатор заряжен до разности потенциалов 1000В. Какова диэлектрическая проницаемость материала пластины, если при ее удалении разность потенциалов между обкладками конденсатора возрастает до 3000В?
8. В раздвижной плоский конденсатор вдвигается эбонитовая пластина с диэлектрической проницаемостью 2,5. На сколько надо раздвинуть пластины конденсатора, чтобы получить прежнюю емкость , если толщина эбонитовой пластинки равна 0.5 см?
9.К источнику с ЭДС равной 300В последовательно подключены два плоских конденсатора емкостью 2,0 и 3,0 пФ. Определите заряд и напряжение на каждом конденсаторе.
10. К источнику с ЭДС равной 300В параллельно подключены два плоских конденсатора емкостью 2,0 и 3,0 пФ. Определите заряд и напряжение на каждом конденсаторе.
11.Определите, как распределится напряжение 120В между тремя последовательно соединенными конденсаторами, имеющими емкость 0.3, 0.2 и 0.12мкФ. Рассчитайте также общую емкость и заряд всей батареи.
12.Конденсатор емкостью 50мкФ, заряженный до напряжения 600В соединили параллельно с незаряженным конденсатором емкостью 1000мкФ. Какое напряжение установится после этого на конденсаторах?
13.Плоский конденсатор заряжен до напряжения 160В и помещен в керосин. Площадь каждой из пластин конденсатора равна 250см 2 , а расстояние между пластинами 1,2 мм. Определите заряд и электрическую энергию конденсатора.
Источник