§ 24. Энергия электростатического поля конденсатора
| Сайт: | Профильное обучение |
| Курс: | Физика. 10 класс |
| Книга: | § 24. Энергия электростатического поля конденсатора |
| Напечатано:: | Гость |
| Дата: | Thursday, 4 September 2025, 09:01 |
Процесс зарядки конденсатора можно представить как перенос заряда q с одной обкладки на другую, в результате чего одна из них приобретает заряд –q, а другая — +q. Работа, совершённая при этом внешней силой, равна энергии электростатического поля заряженного конденсатора.
Убедиться в том, что заряженный конденсатор обладает энергией, можно на опыте. Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, конденсатора и электрической лампы. Схема цепи представлена на рисунке 125. Зарядим конденсатор, подсоединив его к источнику тока. Затем, отключив конденсатор от источника тока, подсоединим его к лампе. При этом наблюдаем кратковременную вспышку света. В данном случае во время разрядки конденсатора энергия, запасённая им при зарядке, превращается во внутреннюю энергию спирали лампы, часть этой энергии расходуется на излучение света. При прохождении электрического тока по цепи с источником тока конденсатор заряжался, т. е. на его обкладках накапливались электрические заряды. При этом в окружающем конденсатор пространстве возникло электростатическое поле. Суммарный электрический заряд обеих обкладок конденсатора до его зарядки, во время зарядки и после разрядки конденсатора равен нулю. Единственное изменение, которое произошло при разрядке конденсатора, заключается в том, что исчезло электростатическое поле, которое создавалось зарядами обеих обкладок конденсатора. Следовательно, энергией обладало электростатическое поле, образованное зарядами обкладок заряженного конденсатора.
Если форма и размеры обкладок конденсатора, а также расстояние между ними и диэлектрические свойства среды, заполняющей пространство между обкладками, остаются неизменными, то напряжение на конденсаторе прямо пропорционально модулю заряда его обкладок «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»U«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mn»1«/mn»«mi»C«/mi»«/mfrac»«mi»q«/mi»«/math» (рис. 125.1). Чтобы увеличить модуль заряда на обкладках от qi до qi + δq, внешней силе необходимо совершить работу «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi mathvariant=¨normal¨»§#948;«/mi»«msubsup»«mi»A«/mi»«mi»i«/mi»«mi»§#1074;§#1085;§#1077;§#1096;«/mi»«/msubsup»«mo»=«/mo»«msub»«mi»U«/mi»«mi»i«/mi»«/msub»«mo»§#183;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#948;«/mi»«mi»q«/mi»«/math» по перемещению бесконечно малой положительной порции заряда δq с отрицательной обкладки на положительную. Этой работе на рисунке 125.1 соответствует площадь заштрихованного столбика. Полная же работа Авнеш по зарядке конденсатора до напряжения U равна сумме площадей всех аналогичных столбиков, т. е. площади фигуры под графиком зависимости U(q). В данном случае — площади треугольника, равной половине произведения его основания на высоту:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»A«/mi»«mi»§#1074;§#1085;§#1077;§#1096;«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»q«/mi»«mi»U«/mi»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mo».«/mo»«/math»
Приращение энергии электростатического поля заряженного конденсатора равно работе, совершённой внешней силой при его зарядке:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mo»§#8710;«/mo»«mi»W«/mi»«mo»=«/mo»«mi»W«/mi»«mo»-«/mo»«mn»0«/mn»«mo»=«/mo»«msub»«mi»A«/mi»«mi»§#1074;§#1085;§#1077;§#1096;«/mi»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»q«/mi»«mi»U«/mi»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mo».«/mo»«/math»
Учитывая, что q = CU, формулу для определения энергии электростатического поля заряженного конденсатора можно записать в виде:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»W«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»C«/mi»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«/math», или «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»W«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«msup»«mi»q«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mrow»«mn»2«/mn»«mi»C«/mi»«/mrow»«/mfrac»«/math».
Энергию электростатического поля заряженного плоского конденсатора можно выразить через напряжённость «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mover»«mi»E«/mi»«mo»§#8594;«/mo»«/mover»«/math» поля, сосредоточенного между его обкладками (рис. 125.2). Электроёмкость плоского конденсатора «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»C«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«/mrow»«mi»d«/mi»«/mfrac»«/math», напряжение между обкладками U = Ed. Следовательно,
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»W«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«mi»d«/mi»«/mrow»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«msup»«mi»E«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mi»S«/mi»«mi»d«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«msup»«mi»E«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mi»V«/mi»«mo»,«/mo»«/math»
где V = Sd — объём пространства между обкладками конденсатора.
Как изменится энергия электростатического поля заряженного конденсатора при увеличении расстояния между его обкладками, если: а) конденсатор отключён от источника тока; б) конденсатор подключён к источнику тока?
Применение конденсаторов. Конденсаторы находят широкое применение в электротехнике, радиотехнической и телевизионной аппаратуре, радиолокационной технике, телефонии, технике счётно-решающих устройств, лазерной технике, электроэнергетике (например, для улучшения коэффициента мощности промышленных установок, регулирования напряжения в распределительных сетях, в устройствах освещения люминесцентными лампами), металлопромышленности (например, для плавки и термической обработки металлов), добывающей промышленности (например, в электровзрывных устройствах), медицинской технике (например, в рентгеновской аппаратуре, приборах электротерапии), фототехнике (для получения вспышки света при фотографировании).
В связи с этим наряду с миниатюрными конденсаторами (рис. 126, а), имеющими массу менее грамма и размеры порядка нескольких миллиметров, существуют конденсаторы с массой в несколько тонн (рис. 126, б).
1. Какие факты позволяют сделать вывод, что электростатическое поле обладает энергией?
2. Как можно убедиться в том, что заряженный конденсатор обладает энергией?
3. Как можно рассчитать энергию электростатического поля заряженного конденсатора?
4. Объясните, как, используя график зависимости напряжения между обкладками конденсатора от модуля заряда на них, можно вычислить работу при зарядке конденсатора.
Пример 1. Определите, как и во сколько раз изменится энергия электростатического поля заряженного плоского воздушного конденсатора, если пространство между его обкладками заполнить керосином, диэлектрическая проницаемость которого ε2 = 2. Рассмотрите случаи: а) конденсатор отключён от источника тока; б) конденсатор подключён к источнику тока.
ε1 = 1
ε2 = 2
Решение: Электроёмкость воздушного конденсатора «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»C«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«/mrow»«mi»d«/mi»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«/mrow»«mi»d«/mi»«/mfrac»«/math». Электроёмкость этого конденсатора после заполнения пространства между обкладками керосином «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»C«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«/mrow»«mi»d«/mi»«/mfrac»«/math». Следовательно, «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»C«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi»C«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/math».
В случае а) конденсатор отключён от источника тока, поэтому q2 = q1. Тогда, если энергия электростатического поля воздушного конденсатора «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»W«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«msup»«mi»q«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi»C«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«/math», то энергия электростатического поля этого конденсатора, заполненного керосином:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»W«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«msup»«mi»q«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi»C«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«msup»«mi»q«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi»C«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«msub»«mi»W«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msub»«mi»§#949;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo».«/mo»«/math»
Таким образом, энергия электростатического поля уменьшилась в 2 раза.
В случае б) конденсатор не отключён от источника тока, поэтому напряжение между его обкладками равно напряжению между полюсами источника тока U2 = U1 = U. Тогда, если энергия электростатического поля воздушного конденсатора «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»W«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»C«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«/math», то энергия электростатического поля этого конденсатора, заполненного керосином:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»W«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»C«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi»C«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mo»=«/mo»«msub»«mi mathvariant=¨normal¨»§#949;«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi»W«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo».«/mo»«/math»
Таким образом, энергия электростатического поля увеличилась в 2 раза.
Ответ: а) энергия электростатического поля уменьшилась в 2 раза; б) энергия электростатического поля увеличилась в 2 раза.
Пример 2. Плоский воздушный конденсатор, площадь перекрытия обкладок которого S = 100 см2, поместили в керосин с диэлектрической проницаемостью ε = 2,0 и подключили к источнику тока с напряжением на полюсах U = 120 В. Определите минимальную работу, которую необходимо совершить внешней силе, чтобы после отключения конденсатора от источника тока медленно увеличить расстояние между его обкладками от d1 = 1,0 см до d2 = 2,0 см.
S = 100 см2 = 1,00 · 10–2 м2
ε = 2,0
U = 120 В
d1 = 1,0 см = 1,0 · 10–2 м
d2 = 2,0 см = 2,0 · 10–2 м
Решение: Модуль заряда каждой из обкладок конденсатора
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»q«/mi»«mo»=«/mo»«msub»«mi»C«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mi»U«/mi»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«mi»U«/mi»«/mrow»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo».«/mo»«/math»
Энергия электростатического поля конденсатора до изменения расстояния между его обкладками
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»W«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mi»q«/mi»«mi»U«/mi»«/mrow»«mn»2«/mn»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«mo».«/mo»«/math»
После отключения конденсатора от источника тока заряды на его обкладках не изменяются.
Энергию электростатического поля конденсатора после увеличения расстояния между его пластинами определим следующим образом:
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msub»«mi»W«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«msup»«mi»q«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi»C«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msup»«mfenced»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«mi»U«/mi»«/mrow»«/mfenced»«mn»2«/mn»«/msup»«msub»«mi»d«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«msup»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mn»2«/mn»«/msup»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«/mrow»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«msub»«mi»d«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«msup»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«/mfrac»«mo».«/mo»«/math»
Минимальная работа, которую необходимо совершить внешней силе, чтобы увеличить расстояние между обкладками конденсатора, равна приращению энергии электростатического поля конденсатора, так как при медленном увеличении расстояния между обкладками конденсатора их кинетическая энергия остаётся близкой нулю.
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msubsup»«mi»A«/mi»«mi»§#1074;§#1085;§#1077;§#1096;«/mi»«mi»min«/mi»«/msubsup»«mo»=«/mo»«msub»«mi»W«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«mo»-«/mo»«msub»«mi»W«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«msub»«mi»d«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«msup»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«/mfrac»«mo»-«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«msub»«mi»§#949;§#949;«/mi»«mn»0«/mn»«/msub»«mi»S«/mi»«msup»«mi»U«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mrow»«/mfrac»«mfenced»«mrow»«mfrac»«msub»«mi»d«/mi»«mn»2«/mn»«/msub»«msub»«mi»d«/mi»«mn»1«/mn»«/msub»«/mfrac»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«/mfenced»«mo».«/mo»«/math»
«math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msubsup»«mi»A«/mi»«mi»§#1074;§#1085;§#1077;§#1096;«/mi»«mi»min«/mi»«/msubsup»«mo»=«/mo»«mfrac»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#183;«/mo»«mn»8«/mn»«mo»,«/mo»«mn»85«/mn»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»12«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mstyle displaystyle=¨true¨»«mfrac»«msup»«mi»§#1050;§#1083;«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mrow»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1053;«/mi»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1084;«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«/mfrac»«/mstyle»«mo»§#183;«/mo»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»00«/mn»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1084;«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mn»120«/mn»«mn»2«/mn»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«msup»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1042;«/mi»«mn»2«/mn»«/msup»«/mrow»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»§#183;«/mo»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1084;«/mi»«/mrow»«/mfrac»«mo»§#183;«/mo»«mfenced»«mrow»«mfrac»«mrow»«mn»2«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1084;«/mi»«/mrow»«mrow»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»0«/mn»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»2«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1084;«/mi»«/mrow»«/mfrac»«mo»-«/mo»«mn»1«/mn»«/mrow»«/mfenced»«mo»=«/mo»«mn»1«/mn»«mo»,«/mo»«mn»3«/mn»«mo»§#183;«/mo»«msup»«mn»10«/mn»«mrow»«mo»-«/mo»«mn»7«/mn»«/mrow»«/msup»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1044;§#1078;«/mi»«mo»=«/mo»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mn»13«/mn»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1084;§#1082;§#1044;§#1078;«/mi»«mo».«/mo»«/math»
Ответ: «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«msubsup»«mi»A«/mi»«mi»§#1074;§#1085;§#1077;§#1096;«/mi»«mi»min«/mi»«/msubsup»«mo»=«/mo»«mn»0«/mn»«mo»,«/mo»«mn»13«/mn»«mo»§#160;«/mo»«mi»§#1084;§#1082;§#1044;§#1078;«/mi»«/math».
Упражнение 18
1. Определите энергию электростатического поля конденсатора электроёмкостью C = 0,20 мкФ, если напряжение на нём U = 200 В.
2. Модуль напряжённости однородного электростатического поля между обкладками плоского воздушного конденсатора «math xmlns=¨http://www.w3.org/1998/Math/MathML¨»«mi»E«/mi»«mo»=«/mo»«mn»200«/mn»«mo»§#160;«/mo»«mfrac»«mi»§#1082;§#1042;«/mi»«mi mathvariant=¨normal¨»§#1084;«/mi»«/mfrac»«/math». Определите расстояние между обкладками, если площадь их перекрытия S = 100 см2, а энергия электростатического поля конденсатора W = 35,4 мкДж.
3. Энергия электростатического поля заряженного плоского конденсатора W1 = 5 мкДж, если между его обкладками находится керосин, диэлектрическая проницаемость которого ε1 = 2. Определите энергию поля этого конденсатора, если пространство между его обкладками будет заполнено маслом, диэлектрическая проницаемость которого ε2 = 2,5.
4. Плоский конденсатор, площадь перекрытия обкладок которого S = 40 см2, а расстояние между ними d = 8,0 мм, заполнен трансформаторным маслом с диэлектрической проницаемостью ε = 2,5. Определите энергию и модуль напряжённости электростатического поля конденсатора, если напряжение на нём U = 200 В.
5. Плоский конденсатор подключили к источнику тока и зарядили до напряжения U1 = 220 В. Отключив конденсатор от источника тока, увеличили расстояние между его обкладками от d1 = 1,0 см до d2 = 3,0 см. Определите модуль напряжённости электростатического поля и напряжение между обкладками конденсатора после того, как их раздвинули.
6. Плоский воздушный конденсатор подключён к источнику тока. Как изменятся электроёмкость, напряжение и потенциальная энергия взаимодействия зарядов на обкладках конденсатора, если увеличить расстояние между его обкладками? К каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго.
| Физическая величина | Изменение величины |
|
А. Электроёмкость Б. Напряжение В. Потенциальная энергия |
1. Увеличится 2. Уменьшится 3. Не изменится |
7. К конденсатору электроёмкостью С1 = 0,10 мкФ, напряжение между обкладками которого U = 1,6 · 102 В, параллельно подключили первоначально незаряженный конденсатор электроёмкостью С2 = С1 = 0,10 мкФ. Определите энергию батареи после соединения конденсаторов.