Меню

Плоский заряженный воздушный конденсатор отключен от источника тока

Плоский конденсатор зарядили при помощи источника тока напряжением U = 200 B. Затем конденсатор был отключен от этого источника тока. Каким станет напряжение U1 между пластинами, если расстояние между ними увеличить от первоначального d = 0,2 мм до d1

q = C ⋅U — начальный заряд конденсатора. Аналогично:

Теперь необходимо найти изменение емкости конденсатора при
увеличении расстояния между его обкладками и заполнения его
слюдой. Согласно формуле 7.28 учебника, напряжение между
пластинами пропорционально расстоянию между ними: U = EΔd.
Следовательно, при изменении расстояния между пластинами
емкость конденсатора падает:

Замечание: в данной задаче было использовано предположение о
том, что напряженность поля E ->
, создаваемого равномерно
заряженными пластинами, не меняется при изменении расстояния
между ними. Это справедливо только в том случае, если
расстояние между пластинами достаточно мало (по сравнению с
размером пластины), и можно считать, что пластина является
равномерно заряженной бесконечной плоскостью. Напряженность
поля, создаваемого такой плоскостью, вычисляется по формуле:

Эту формулу можно получить из формулы 7.34 для объемной
плотности энергии и формулы для энергии конденсатора.
Пусть Е – напряженность поля, создаваемая двумя пластинами в
конденсаторе (ε = 1), тогда

Домашняя работа по физике за 10 класс к учебнику «Физика. 10 класс» Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев Решебник по физике за 10 класс (Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, 2000 год),
задача №4
к главе «Глава IХ Магнитное поле».

Источник

Физика дома

Решение задач с конденсаторами

Одной из тем, изучаемых в курсе физики 10-го класса, является тема «Конденсаторы». Сама по себе тема не сложная, но решение задач по этой теме вызывает вопросы. Давайте разберём некоторые задачи и те нюансы, на которые необходимо обращать внимание.

Теорию Вы можете прочитать в учебнике. Поэтому сразу перейдём к задачам — к практике. Рассмотрим несколько задач.

1) Как изменится электроёмкость конденсатора при увеличении заряда на его обкладках в n раз?

Ёмкость конденсатора зависит от геометрических размеров пластин, их взаимного расположения и электрических свойств среды. Ни один из этих параметров здесь не изменяется. Следовательно электроёмкость конденсатора не изменится. При увеличении заряда на пластинах — увеличится напряжение между обкладками.

Читайте также:  Как сделать крем петов в тока бока картинки

2) Плоский воздушный конденсатор, площадь каждой пластины которой равна S, а расстояние между ними d1, зарядили до напряжения U и отключили от источника напряжения . После этого увеличили расстояние между пластинами до d2. Как изменится при этом энергия конденсатора ?

При увеличении расстояния между пластинами, электроёмкость конденсатора уменьшается в 2 раза. Это — во-первых. Во-вторых. Для решения этой задачи большинство используют формулу для определения энергии электрического поля заряженного конденсатора. энергия заряженного конденсатораПосле подстановки получается, что энергия уменьшается в 2 раза. Этот ответ будет не верный.

Для ответа на вопрос этой задачи следует воспользоваться другой формулой для определения энергии. энергия заряженного конденсатораПоскольку после отключения конденсатора от источника напряжения, постоянным остаётся заряд на конденсаторе! Следовательно энергия заряженного конденсатора увеличивается в 2 раза!

3) Тот же самый вопрос, но конденсатор остаётся подключённым к источнику напряжения .

Если конденсатор остаётся подключённым к источнику напряжения, то напряжение между обкладками остаётся неизменным, какие бы изменения не производились с конденсатором. И для ответа на вопрос необходимо воспользоваться первой формулой.

4) Конденсатор ёмкостью С1, заряженный до разности потенциалов U1 соединили одноимённо заряженными обкладками с конденсатором ёмкостью С2, заряженным до напряжения U2. Найдите разность потенциалов между обкладками конденсаторов после их соединения.

В основе решения задач подобного типа лежит закон сохранения электрического заряда. Заряд конденсаторов до соединения равен заряду системы после соединения. То есть, записав закон сохранения заряда и расписав заряды конденсаторов, определить неизвестную величину уже не вызывает никаких трудностей.

5) Как изменится ёмкость плоского конденсатора, если между его обкладками поместить стеклянную пластинку, толщина которой равна половине расстояния между обкладками? Какая работа совершается при этом, если конденсатор остаётся подсоединён к источнику напряжения U?

конденсаторы

Для начала необходимо понять, а что происходит с конденсатором. Если сделать рисунок, то это выглядит примерно следующим образом:

Читайте также:  Фазный ток это ток протекающий

ёмкость системы конденсаторов

И если мысленно между воздушным зазором и диэлектриком пометить тонкий проводник, то получившийся конденсатор будет представлять собой два последовательно соединенные конденсатора, с расстояние между пластинами d/2. Просчитав ёмкость получившейся системы, отвечаем на первый вопрос задачи.

Чтобы ответить на вопрос с энергией, рассчитываем энергию системы до и после введения диэлектрика. Разность энергий будет показывать работу, совершённую при этом.

конденсаторы

Конденсатор может быть заполнен диэлектриком таким образом, что диэлектрик заполняет конденсатор на половину площади пластин. Тогда конденсатор разрезаем на пополам и решаем задачу, как будто имеем два параллельно соединённых конденсатора с площадью пластин S/2.

6) Конденсатор подключили к источнику тока через резистор сопротивлением 5 кОм. Результаты измерений напряжения между обкладками конденсатора представлены в таблице:

Источник

Плоский заряженный воздушный конденсатор отключен от источника тока

  • Консультация
  • Регистрация
  • Техподдержка

Лидеры рейтинга

ID: 259041

ID: 400669

ID: 400815

ID: 401888

JS: 2.8.9
CSS: 4.5.1
jQuery: 3.6.0
DataForLocalStorage: 2021-04-26 07:16:01-standard

• Физика

Консультации и решение задач по физике.

Администратор раздела: Коцюрбенко Алексей Владимирович (Старший модератор)

Уважаемые эксперты! Пожалуйста, ответьте на вопрос:
Плоский конденсатор зарядили и отключили от источника тока, а затем уменьшили расстояние между пластинами. Что произойдёт при этом с электроёмкостью конденсатора, зарядом на его обкладках и энергией?
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Краевыми эффектами пренебречь, считая пластины конденсатора бесконечно большими. Диэлектрическую проницаемость воздуха принять равной 1.
ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ
А) электроёмкость
Б) заряд конденсатора
В) энергия

ИХ ИЗМЕНЕНИЕ
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится

В прикреплённом файле находится решение этой задачи, которое я заимствовал здесь.

Гордиенко Андрей Владимирович

Профессор

Это самое лучшее решение!

Здравствуйте, dar777!
Я дополню Ответ Андрея Владимировича :
Электро-ёмкость плоского конденсатора с воздушным диэлектриком (Диэлектрическая проницаемость воздуха ε=1) вычисляется по формуле :
С = ε·S / d (см учебную статью Электроёмкость. Конденсаторы Ссылка1 )
тут ε — электрическая постоянная, численно равная 8,85·10 -12 Ф/м ,
S — площадь любой из обкладок, d — расстояние м-ду пластинами.

Читайте также:  Почему аккумуляторы постоянного тока

Если уменьшили расстояние d между пластинами, то при тех же, неизменных значениях ε и S ёмкость C конденсатора увеличится.
Ёмкость C связана с напряжением U на конденсаторе формулой C = q / U
Поскольку заряд q конденсатора остался прежним (цепь разряда разорвана), то при увеличении ёмкости C напряжение
U = q / C уменьшится.

Источник



Плоский воздушный конденсатор зарядили до 50 В и отключили от источника тока

Условие задачи:

Плоский воздушный конденсатор зарядили до 50 В и отключили от источника тока. Затем между пластинами конденсатора вставили стеклянную пластину. Определить установившуюся разность потенциалов.

Задача №6.4.18 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

\(U_1=50\) В, \(\varepsilon _2= 6\), \(U_2-?\)

Решение задачи:

Если над конденсатором производят какие-то действия, когда он отключен от источника тока, то постоянным будет оставаться заряд его пластин. Запишем следующую формулу для электроемкости \(C\) и выразим оттуда заряд \(q\):

Пусть \(C_1\) – начальная электроемкость конденсатора, \(C_2\) – конечная электроемкость конденсатора, тогда зная, что \(q = const\), будет правильным записать:

Выразим искомую разность потенциалов \(U_2\):

Значит нам нужно найти отношение начальной электроемкости \(C_1\) к конечной \(C_2\). В общем случае электроемкость плоского конденсатора определяют по формуле:

Используем последнюю формулу для определения начальной и конечной электроемкости нашего конденсатора:

Здесь \(\varepsilon _1\) – диэлектрическая проницаемость воздуха, равная 1, \(\varepsilon _2\) – диэлектрическая проницаемость стекла, равная 6.

Разделим верхнее равенство на нижнее, чтобы найти отношение \(\frac\):

Учитывая это, формула (2) примет такой вид:

Задача решена в общем виде. Подставим в формулу численные значения величин и посчитаем ответ:

Ответ: 8,33 В.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Источник