Какую площадь должны иметь пластины плоского воздушного конденсатора

Комбинированный урок по теме "Электроемкость. Единицы электроемкости. Конденсаторы". 10-й класс

Оборудование: 2 электрометра, металлические пластины на изолирующих подставках, электростатическая машина, соединительные провода, конденсаторы переменной и постоянной ёмкости.

• Зависимость электроёмкости от расстояния между пластинами.
• Зависимость ёмкости плоского конденсатора от площади пластины.
• Зависимость электроёмкости от диэлектрической проницаемости среды.

1. Физический диктант.
2. Изучение нового материала.

1. Понятие о конденсаторе.
2. Электроёмкость конденсатора.
3. Единица электроёмкости
4. Формула электроёмкости плоского конденсатора.
5. Виды конденсаторов.

1. Закрепление. Решение задач. Беседа по вопросам.
2. Итог урока.

Ход урока

1. Физический диктант- проверка раннее изученного (вариант 1- нечётные вопросы; вариант 2- чётные вопросы)

• В каких единицах измеряется напряжённость электрического поля?
• В каких единицах измеряется электрический заряд?
• Записать формулу закона Кулона для вакуума в СИ.
• Записать формулу закона Кулона для среды в СИ.
• Что такое электрическое поле?
• Как называют поле неподвижных зарядов?
• Каким образом связаны напряжение и напряжённость в однородном электрическом поле?
• От каких величин зависит работа сил электрического поля?
• Чему равна напряжённость поля точечного заряда?
• Чему равна разность потенциалов между двумя точками заряженного проводника?

1. Изучение нового материала.

Слово »конденсатор» происходит от латинского слова condensare, что означает »сгущение». В учении об электрических явлениях этим словом обозначают устройства, позволяющие сгущать электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле.

Простейший конденсатор состоит из двух проводников, разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами проводника.

Свойство конденсатора сгущать электрические заряды и связанное с ним электрическое поле можно наблюдать на опыте.

Опыт 1. Две металлические пластины, укреплённые на изолирующих подставках, располагаем параллельно друг другу и присоединяем к электрометру. Одну из пластин соединяем с землёй.

Одной из пластин сообщаем положительный заряд q. Другая при этом получит через влияние отрицательный заряд- q. Электрометр покажет разность потенциалов между пластинами.

Сообщим первой пластине дополнительно заряд q тем же способом, прикоснувшись наэлектризованным шаром. Теперь на пластинах находятся заряды 2 q и -2 q. Показания электрометра при этом увеличились в двое.

Не меняя зарядов, начнём сближать пластины. Напряжение между пластинами будет уменьшаться. При некотором расстоянии оно станет таким, каким оно было при зарядах q и –q. Прекратим сближение пластин и вновь первой пластине передадим дополнительный заряд q. Показания электрометра вновь увеличатся. При дальнейшем сближении пластин, замечаем, что при некотором, ещё меньшем расстоянии между ними электрометр вновь покажет прежнюю разность потенциалов. Следовательно, сдвигая пластины конденсатора, можно при одном и том же напряжении накапливать на одной пластине положительные заряды q, 2q, 3q,…, а на другой- равные по модулю отрицательные заряды. т.о, конденсатор накапливает заряды: поверхностная плотность зарядов увеличивается по мере сближения пластин.

Свойство конденсатора накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с ними электрическое поле характеризуется особой величиной, называемой электроёмкостью.

Чтобы выяснить смысл этой величины, обратимся к исследованиям.

Опыт 2. Касаясь одинаково заряженными шарами внешней стороны пластины конденсатора, передаём этой пластине последовательно по заряду q. При этом заметим, что по мере увеличения заряда растёт напряжение между пластинами. Причём при зарядах q, 2q, 3q,… напряжение принимает значение U, 2U, 3U,…, возрастая пропорционально заряду. (рис.2) Но отношение заряда к напряжению остаётся постоянным:

Проведём такие же опыты с конденсатором, пластины которого имеют большую площадь; при этом расстояние между пластинами сделаем таким же. Увеличивая заряд одной из пластин на q, т.е. делая его равным 2q, 3q,…, заметим, что напряжение между пластинами принимает значения U₁, U₂, 3U₁…, где U₁ < U. Но .

Для того чтобы второй конденсатор зарядить до такого же напряжения, как и первый, ему надо сообщить больший заряд. Второй конденсатор обладает большей электрической ёмкостью, т.е. второму конденсатору соответствует большее значение отношения заряда к напряжению. Следовательно, величина С характеризует электрическую ёмкость конденсатора.

Электрической ёмкостью конденсатора называется скалярная величина, характеризующая его свойство накапливать и сохранять электрические заряды и связанное с этими зарядами электрическое поле. Электроёмкость конденсатора равна отношению заряда одной из пластин к напряжению между ними:

За единицу электроёмкости в СИ принимается электроёмкость конденсатора, напряжение между обкладками конденсатора которого равно 1В, когда на его обкладках имеются разноимённые заряды по 1Кл. Эта единица названа фарад в честь М.Фарадея: . На практике применяются:

Из рассмотренных исследований делаем вывод, что С конденсатора зависит от площади S пластин и расстояния d между ними: .

Опыт 3. Кроме того, электрическая ёмкость конденсатора зависит от рода диэлектрика, находящегося между пластинами. Внесём в пространство между пластинами заряженного конденсатора лист какого-либо диэлектрика. Мы видим, что напряжение между пластинами уменьшилось.(рис. 3,4) Значит, электрическая ёмкость конденсатора увеличилась

Выведем формулу для расчёта электроёмкости плоского конденсатора. По определению . Учитывая, что U = Ed, а , получаем:

Полученная формула согласуется с результатами рассмотренных опытов.

Выслушаем два заранее подготовленных сообщения учащихся о различных типах конденсаторов (о конденсаторах переменной ёмкости, технических бумажных и электролитических конденсаторах), их сравнительной характеристике, устройстве и применении.

В зависимости от назначения конденсаторы имеют различное устройство. Технический бумажный конденсатор состоит из двух полосок алюминиевой фольги, изолированных друг от друга и от металлического корпуса бумажными лентами, пропитанными парафином. Алюминиевая фольга и бумажные ленты туго свёрнуты в пакет небольшого размера. Бумажный конденсатор, имея размеры спичечного коробка, обладает электроёмкостью до 10 мкФ (металлический шар такой же ёмкости имел бы радиус 90 км).

В радиотехнике широко применяют конденсаторы переменной электроёмкости. Такой конденсатор состоит из двух систем металлических пластин, которые при вращении рукоятки могут входить одна в другую. При этом меняется площадь перекрывающейся части пластин и, следовательно, их электроёмкость. Диэлектриком в таких конденсаторах служит воздух.

Значительного увеличения электроёмкости за счёт уменьшения расстояния между обкладками достигают в так называемых электролитических конденсаторах. Диэлектриком в них служит очень тонкая плёнка оксидов, покрывающих одну из обкладок. Второй обкладкой служит бумага, пропитанная раствором специального вещества (электролита). При включении электролитических конденсаторов надо обязательно соблюдать полярность.

В слюдяных конденсаторах в качестве диэлектрика используют слюду, а обкладками служит металлическая фольга или тонкий слой металла, нанесённый непосредственно на слюду. Слюдяные конденсаторы устанавливают, главным образом, в электрических цепях высокой частоты.

1. Закрепление изученного материала.

1. Решение задач с помощью учителя.

• Какова электроёмкость (в микрофарадах) конденсатора, если при напряжении на его обкладках 300В заряд равен1,5 *10 -5 кл?

• Какую площадь должны иметь пластины плоского воздушного конденсатора для того, чтобы его электроёмкость была равна 1пФ? Расстояние между пластинами q =0,5мм.

1. Беседа по вопросам.

• Что называют ёмкостью двух проводников? (электроёмкостью двух проводников называют физическую величину, характеризующую свойство проводников накапливать электрические заряды; она равна отношению заряда одного из проводников к напряжению между проводниками.)
• Назовите единицы ёмкости. (Ф, мкФ, пФ.)
• Какая система проводников называется конденсатором?(Конденсатор- эта система двух или более обкладок, разделённых диэлектриком. Заряженный конденсатор содержит на пластинах (обкладках) равные по величине, но противоположные по закону заряды.)
• Как зависит электроёмкость плоского конденсатора от его геометрических размеров? (Ёмкость тем больше, чем больше площадь обкладок и чем меньше расстояние между ними.)

1. Итог урока.

Учитель: Что нового узнали сегодня на уроке?

Ученик: Узнали, что такое электроёмкость и от чего она зависит; что такое конденсатор, какие бывают конденсаторы; где применяются конденсаторы; научились решать задачи на расчёт электроёмкости плоского конденсатора.

—>РЕШИ ЗАДАЧУ! —>

9.81. Шарик, заряженный до потенциала ф = 792 В, имеет поверхностную плотность заряда ? = 333 нКл/м 2 . Найти радиус r шарика.

9.82. Найти соотношение между радиусом шара R и максимальным потенциалом ф , до которого он может быть заряжен в воздухе, если при нормальном давлении разряд в воздухе наступает при напряженности электрического поля E₀ =ЗМВ/м. Каким будет максимальный потенциал ф шара диаметром D = 1м?

9.83. Два шарика одинаковых радиуса R = 1 см и массы m = 0,15Kг заряжены до одинакового потенциала ф = ЗкВ и

находятся на некотором расстоянии r₁ друг от друга. При этом их энергия гравитационного взаимодействия W_гр =10 -11 Дж. Шарики сближаются до расстояния r₂₂. Работа, необходимая для

сближения шариков A = 2 * 10 -6 Дж. Найти энергию r электростатического взаимодействия шариков после их сближения.

9.84. Площадь пластин плоского воздушною конденсатора S = 1 м 2 . расстояние между ними d = 1.5 мм. Найти емкость этого конденсатора.

9.85. Конденсатор предыдущей задачи заряжен до разности потенциалов U = 300 В. Haйти поверхностную плотность заряда ? на его пластинах.

9.86. Требуется изготовить конденсатор емкостью С = 250 пФ. Для этого на парафинированную бумагу толщиной d = 0,05 мм наклеивают с обеих сторон кружки станиоля. Каким должен быть диаметр D кружков станиоля?

9.87. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S = 0,01м 2 . расстояние между ними d = 5 мм. К пластинам приложена разность потенциалов U = 300 В. После отключения

конденсатора от источника напряжения пространство между пластинами заполняется эбонитом. Какова будет разность потенциалов U₂ между пластинами после заполнения? Найти

емкости конденсатора С₁ и С₂ и поверхностные плотности заряда ?₁ и ?₂ на пластинах до и после заполнения.

9.88. Решить предыдущую задачу для случая, когда заполнение пространства между пластинами изолятором производится при включенном источнике напряжения.

9.89. Площадь пластин плоского конденсатора S = 0.01 м 2 , расстояние между ними d = 1 см. К пластинам приложена разность потенциалов U = 300 B. В пространстве между пластинами находятся плоскопараллельная пластинка стекла толщиной d₁ = 0,5см и плоскопараллельная пластинка парафина толщиной d₂ =0,5см. Найти напряженности E₁ и E₂ электрического поля и падения потенциала U₁. и U₂ в каждом слое. Каковы будут при этом емкость С конденсатора п поверхностная плотность заряда ? на пластинах?

9.90. Между пластинами плоского конденсатора, находящимися на расстоянии d = 1 см друг or друга, приложена разность потенциалов С = 100 В. К одной из пластин прилегает плоскопараллельная пластинка кристаллического бромистого таллия (e = 173) толщиной d_т = 9,5 мм. После отключения конденсатора от источника напряжения пластинку кристалла вынимают. Какова будет после этого разность потенциалов U между пластинами конденсатора?

9.91. Коаксиальный электрический кабель состоит из центральной жилы и концентрической цилиндрической оболочки

между которыми находится диэлектрик (e — 3,2 ). Найти емкость

C₁ единицы длины такого кабеля, если радиус жилы r₁ = радиус оболочки r₂ = 3,0 см.

9.92. Радиус центральной жилы коаксиального кабеля r = 1,5 см, радиус оболочки R = 3.5 см. Между центральной жилой и оболочкой приложена разность потенциалов U = 2,3 кВ. Найти напряженность E электрического поля на расстоянии x = 2см от оси кабеля.

9.93. Вакуумный цилиндрический конденсатор имеет радиус внутреннего цилиндра r = 1.5 см и радиус внешнего цилиндра R = 3,5 см. Между цилиндрами приложена разность потенциалов

U = 2.3 кВ. Какую скорость v получит электрон под действием поля этого конденсатора, двигаясь с расстояния l₁ = 2.5 см до расстояния l₂ = 2 см от оси цилиндра?

9.94. Цилиндрический конденсатор состоит из внутреннего цилиндра радиусом r = 3 мм двух слоев диэлектрика и внешнего цилиндра радиусом R = 1 см. Первый слой диэлектрика толщиной d₁ = 3мм примыкает к внутреннему цилиндру. Найти отношение падении потенциала U₁/U₂ в этих слоях.

9.95. При изучении фотоэлектрических явлений используется сферический конденсатор, состоящий из металлического шарика диаметром d = 1,5 см (катода) и внутренней поверхности посеребренной изнутри сферической колбы диаметром D = 11cm (Йода). Воздух из колбы откачивается. Найти емкость С такого конденсатора.

9.96. Каким будет потенциал ф шара радиусом r = 3 см, ес-ли: а) сообщить ему заряд q = 1 нКл. б) окружить его концентрическим шаром радиусом R = 4 см, соединенным с землей?

9.97. Найти емкость С сферического конденсатора, состоящего из двух концентрических сфер с радиусами r = 10 см и R = 10,5 см. Пространство между сферами заполнено малом. Какой радиус R₁ должен иметь шар, помещенный в масло, чтобы иметь такую же емкость?

9.98. Радиус внутреннего шара воздушного сферического конденсатора r = 1 см, радиус внешнего шара R = 4 см. Между шарами приложена разность потенциалов U=ЗкВ. Найтн напряженность Е электрического поля на расстоянии x = 3 см от центра шаров.

9.99. Радиус внутреннего шара вакуумного сферического конденсатора r = 1 см, радиус внешнею шара R = 4 см. Между шарами приложена разность потенциалов U = 3kB. Какую скорость v получит электрон, приблизившись к центру шаров с расстояния x₁ = 3 см до расстояния x₂ = 2 см?

9.100. Найти емкость С системы конденсаторов, изображенной на рисунке. Емкость каждого конденсатора С₁ = 0,5 мкФ

9.101. При помощи электрометра сравнивали между собой емкости двух конденсаторов. Для этого заряжали их до разностей потенциалов (U₁ = 300 В и U₂ = 100 В и соединяли оба конденсатора параллельно. Измеренная при этом электрометром разность потенциалов между обкладками конденсатора оказалась равной U = 250 В. Найти отношение емкостей C₁/C₂.

9.102. Разность потенциалов между точками A и В U = 6 В. Емкость первого конденсатора С₁ = 2 мкФ и емкость второго конденсатора С₂ = 4 мкФ. Найти заряды q₁ и q₂ и разности потенциалов U₁ и U₂ на обкладках каждого конденсатора.

9.103. В каких пределах может меняться емкость С системы, состоящей из двух конденсаторов, если емкость одного из конденсаторов постоянна и равна С₁ = 3,33 нФ, а емкость С₂ другого изменяется от 22,2 до 555,5 пФ?

В каких пределах может изменяться емкость С системы, состоящей из двух конденсаторов переменной емкости, если ёмкость C₁ каждого из них изменяется от 10 до 450 пФ?

9.105. Конденсатор емкостью С = 20мкФ заряжен до разности потенциалов U = 100 В. Найти энергию W этого конденсатора.

9.106. Шар радиусом /?, = 1 м заряжен до нотени: -..та (р — 30 кВ. Нантн энергию И заряженного шара.

9.107. Шар, погруженный в керосин, имеет потен»: 1 ‘аа <р — 4.5 кВ и поверхностную плотность заряда сг = I 1,3 мкК.т м’-

I lain н радиус Л’. заряд (-.емкость С и niepnno К* тара.

9.108. Шар 1 радиусом R₁ = 10см, заряженный до потенциала ф = 3 кВ, после отключения от источника напряжения соединяется проволочкой (емкостью которой можно пренебречь) сначала с удаленным незаряженным шаром 2, а затем после отсоединения от шара 2 с удаленным незаряженным шаром 3. Шары 2 и 3 имеют радиусы R₂ = R₃ = 10см. Найти: а) первоначальную энергию W₁ шара 1; б) энергии W₁ и W₂ шаров 1 и 2 после соединения и работу A разряда при соединении; в) энергии W₁ и W₃ шаров 1 и 3 после соединения и работу А разряда при соединении.

0.109. Два металлических шарика, первый с зарядом q₁ = 10 нКл и радиусом R₁ = 3 см и второй с потенциалом ф = 9 кВ и радиусом R₂ = 2 см, соединены проволочкой, емкостью которой можно пренебречь. Найти: а) потенциал ф₁ первого шарика до разряда; б) заряд q₂ второго шарика до разряда; в) энергии W₁ и W₂ каждого шарика до разряда; г) заряд потенциал ф₁ первого шарика после разряда; д) заряд q₂ и потенциал ф₂ второго шарика после разряда; е) энергию W соединенных проводником шариков; ж) работу А разряда.

9.110. Заряженный шар 1 радиусом R₁ = 2 см приводится в соприкосновение с незаряженным шаром 2, радиус которого

R₂ = 3 см. После того как шары разъединили, энергия шара 2 оказалась равной \V₂ = 0,4 Дж. Какой заряд q₁ был на шаре 1 до соприкосновения с шаром 2?

9.111. Пластины плоского конденсатора площадью S = 0,01 м 2 каждая притягиваются друг к другу с силой F = 30мН. Пространство между пластинами заполнено слюдой. Найти заряды q, находящиеся на пластинах, напряженность E поля между пластинами и объемную плотность энергии W₀ поля.

9.112. Между пластинами плоского конденсатора вложена тонкая слюдяная пластинка. Какое давление p испытывает эта пластинка при напряженности электрического поля Е = 1 MB/м?

9.113. Абсолютный электрометр представляет собой плоский конденсатор, нижняя пластина которого неподвижна, а верхняя подвешена к коромыслу весов. При незаряженном конденсаторе расстояние между пластинами d = 1 см. Какую разность потенциалов U приложили между пластинами, если для сохранения того же расстояния d = 1см на другую чашку весов пришлось положить груз массой т = 5,1 г? Площадь пластин конденсатора S = 50 см 2 .

9.114. Разность потенциалов между пластинами плоского конденсатора U = 280 В. Площадь пластин конденсатора S=0,01 м 2 ; поверхностная плотность заряда на пластинах ? = 495 нКл/м 2 . Найти: а) напряженность E поля внутри кои-денсатора; б) расстояние d между пластинами; в) скорость v которую получит электрон, пройдя в конденсаторе путь от одной пластины до другой; г) энергию W конденсатора; д) емкость С конденсатора; е) силу притяжения F пластин конденсатора.

9.115. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S = 0,01м 3 , расстояние между ними d = 5 мм. Какая paзность потенциалов U была приложена к пластинам конденсатора.

если известно, что при разряде конденсатора выделилось |Q = 4,19 мДж тепла?

9.116. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S = 0,01м 2 , расстояние между ними d = 5 мм. К пластинам конденсатора приложена разность потенциалов U = ЗкВ. Какова будет напряженность Е поля конденсатора, если, не отключая его от источника напряжения, пластины раздвинуть до расстояния d₂ =5 см? Найти энергии W₁ и W₂ конденсатора до и после раздвижения пластин.

9.117. Решить предыдущую задачу при условии, что сначала конденсатор отключается от источника напряжения, а затем раздвигаются пластины конденсатора.

9.118. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S = 0,01 м 2 , расстояние между ними d₁ = 1 мм. К пластинам конденсатора приложена разность потенциалов U = 0,1 кВ. Пласти-

ны раздвигаются до расстояния d₂ = 25 мм. Найти энергии W₁ и W₂ конденсатора до и после раздвижения пластин, если источник напряжения перед раздвижением: а) не отключается; б) отключается.

9.119. Плоский конденсатор заполнен диэлектриком и на его пластины подана некоторая разность потенциалов. Его энергия при этом W = 20мкДж. После того как конденсатор отключили от источника напряжения, диэлектрик вынули из конденсатора. Работа, которую надо было совершить против сил электрического поля, чтобы вынуть диэлектрик, А = 70 мкДж. Найти Диэлектрическую проницаемость е диэлектрика.

9.120. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S = 12,5cm 2 , расстояние между ними d₁ =5 мм. К пластинам конденсатора приложена разность потенциалов U = 6кВ. Пластины конденсатора раздвигаются до расстояния d₂ = 1 см. Найти изменение емкости конденсатора dС, потока напряженности dN_E сквозь площадь электродов и объемной плотности энергии dW₀ электрического поля, если источник напряжения перед раздвиженнем: а) не отключается; б) отключается.

9.121. Найти объемную плотность энергии W₀ электрического поля в точке, находящейся: а) на расстоянии х = 2 см от поверхности заряженного шара радиусом R = 1см, б) вблизи бесконечно протяженной заряженной плоскости, в) на расстоянии х = 2см от бесконечно длинной заряженной нити. Поверхностная плотность заряда на шаре и плоскости ? = 16,7 мкКл/м 2 , линейная плотность заряда на нити ? = 167 нКл/м. Диэлектрическая проницаемость среды e = 2.

9.122. На пластины плоского конденсатора, расстояние меж-ду которыми d = 3см, подана разность потенциалов U = 1 кВ. Пространство между пластинами заполняется диэлектриком (е=7). Найти поверхностную плотность связанных (поляризационных) зарядов ?_св. Насколько изменяется поверхностная

плотность заряда на пластинах при заполнении конденсатора диэлектриком? Задачу решить, если заполнение конденсатора диэлектриком производится: а) до отключения конденсатора от источника напряжения; б) после отключения конденсатора от источника напряжения.

9.123. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено диэлектриком, диэлектрическая восприимчивость которого N = 0,08. Расстояние между пластинами d = 5 мм. На пластины конденсатора подана разность потенциалов U = 4 кВ. Найти поверхностную плотность связанных зарядов ?_св на диэлектрике и поверхностную плотность заряда ?_д на пластинах конденсатора.

9.124. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено стеклом. Расстояние между пластинами d = 1 мм. На пластины конденсатора подана разность потенциалов U = 1,2 кВ. Найти: а) напряженность ? поля в стекле; б) поверхностную плотность заряда ?_д на пластинах конденсатора; в) поверхностную плотность связанных зарядов ?_св на стекле: г) диэлектрическую восприимчивость N стекла.

9.125. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено маслом. Расстояние между пластинами d = 1см. Какую разность потенциалов U надо подать на пластины конденсатора, чтобы поверхностная плотность связанных зарядов на масле была равна ?_св = 6,2 мкКл/м 2 ?

9.126. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено стеклом. Площадь пластин конденсатора S = 0,01м 2 . Пластины конденсатора притягиваются друг к другу с силой F = 4,9 мН. Найти поверхностную плотность связанных зарядов ?_св на стекле.

9.127. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено парафином. При присоединении пластин к источнику напряжения давление пластин на парафин стало равным р = 5 Па. Найти: а) напряженность Е электрического поля и электрическое смещение D в парафине; б) поверхностную плотность связанных зарядов ?_св на парафине; в) поверх-ностную плотность заряда ?_св на пластинах конденсатора; г) объемную плотность энергии W₀ электрического поля в парафине; д) диэлектрическую восприимчивость N парафина.

9.128. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено диэлектриком. Расстояние между пластинами d = 2ММ. На пластины конденсатора подана разность потенциалов U₁ = 0,6кВ. Если, отключив источник напряжения, вынуть диэлектрик из конденсатора, то разность потенциалов на пластинах конденсатора возрастет до U₂ = 1,8кВ. Найти поверхностную плотность связанных зарядов ?_св на диэлектрике и диэлектрическую восприимчивость X диэлектрика.

9.129. Пространство между пластинами плоского конденсатора объемом V — 20 cm 3 заполнено диэлектриком (е =5). Пластины конденсатора присоединены к источнику напряжения. При этом поверхностная плотность связанных зарядов на дилектрике ?_св = 8,35 мкКл/м 2 . Какую работу А надо совершить против сил электрического поля, чтобы удалить диэлектрик из конденсатора? Задачу решить, если удаление диэлектрика производится: а) до отключения источника напряжения; б) после отключения источника напряжения.

Электрическая емкость

1 Во сколько раз изменится емкость проводящего шара радиуса R, если он сначала помещен в керосин (диэлектрическая проницаемость e1=2), а затем в глицерин (диэлектрическая проницаемость e2 = 56,2)?

626. Емкости проводящего шара в керосине и в глицерине

2 Плоский конденсатор имеет емкость С=5 пФ. Какой заряд находится на каждой из его пластин, если разность потенциалов между ними V=1000 В?

Заряд на пластине, заряженной положительно, q=CV= 5нКл.

3 Поверхностная плотность заряда на пластинах плоского вакуумного конденсатора s = 0,3 мкКл/м2. Площадь пластины 5= 100 см2, емкость конденсатора С= 10 пФ. Какую скорость приобретает электрон, пройдя расстояние между пластинами конденсатора?

4 Плоский воздушный конденсатор состоит из трех пластин, соединенных, как показано на рис. 77. Площадь каждой пластины s=100 см2, расстояние между ними d=0,5 см. Найти емкость конденсатора. Как изменится емкость конденсатора при погружении его в глицерин (диэлектрическая проницаемость e = 56,2)?

Конденсатор из трех пластин можно рассматривать как два плоских воздушных конденсатора с емкостью e0S/d каждый, соединенных параллельно (рис. 77). Поэтому общая емкость (без диэлектрика)

При погружении конденсатора в глицерин его емкость

5 Конденсатор состоит из n латунных листов, проложенных стеклянными прокладками толщины d=2 мм. Площади латунного листа и стеклянной прокладки равны S=200 см2, диэлектрическая проницаемость стекла e = 7. Найти емкость конденсатора, если n = 21 и выводы конденсатора присоединены к крайним листам.

6 Маленький шарик, имеющий заряд q=10нКл, подвешен на нити в пространстве плоского воздушного конденсатора, круглые пластины которого расположены горизонтально. Радиус пластины конденсатора R=10см. Когда пластинам конденсатора сообщили заряд Q = 1 мкКл, сила натяжения нити увеличилась вдвое. Найти массу шарика.

7 Между вертикальными пластинами плоского воздушного конденсатора подвешен на нити маленький шарик, несущий заряд q=10 нКл. Масса шарика m = 6 г, площадь пластины конденсатора S = 0,1 м2. Какой заряд Q надо сообщить пластинам конденсатора, чтобы нить отклонилась от вертикали на угол a = 45°?

Напряженность электрического поля внутри плоского конденсатора связана с зарядом Q на его пластинах соотношением

На шарик внутри конденсатора действуют сила тяжести mg, сила натяжения нити Т и сила F=qE со стороны электрического поля (рис. 335). При равновесии шарика в пространстве конденсатора (см. задачу 591) qF=mg tgj, или

8 Какой заряд пройдет по проводам, соединяющим пластины плоского воздушного конденсатора и источник тока с напряжением V=6,3 В, при погружении конденсатора в керосин (диэлектрическая проницаемость e = 2)? Площадь пластины конденсатора S=180 см2, расстояние между пластинами d=2 мм.

Если q1 и q2 — заряды на пластинах до и после погружения конденсатора в керосин, то

9 Плоский воздушный конденсатор зарядили до разности потенциалов Vo = 200 В. Затем конденсатор отключили от источника тока. Какой станет разность потенциалов между пластинами, если расстояние между ними увеличить от dо = 0,2 мм до d=0,7 мм, а пространство между пластинами заполнить слюдой (диэлектрическая проницаемость e = 7)?

Заряд на пластинах не изменяется, поэтому

10 Пластины плоского воздушного конденсатора присоединены к источнику тока с напряжением V=600 В. Площадь квадратной пластины конденсатора So = 100 см2, расстояние между пластинами d=0,1 см. Какой ток будет проходить по проводам при параллельном перемещении одной пластины вдоль другой со скоростью v = 6 см/с (рис. 78)?

При перемещении пластины емкость конденсатора в данный момент времени определяется той частью площади пластин, по которой они перекрывают друг друга. В моменты времени t1 и t2 площади

где l=10 см-длина стороны пластины. В эти моменты времени конденсатор имеет емкости

а заряды на его пластинах

11 Найти заряд, который нужно сообщить двум параллельно соединенным конденсаторам с емкостями C1 = 2 мкФ и С2=1 мкФ, чтобы зарядить их до разности потенциалов V=20кВ.

Общий заряд параллельно соединенных конденсаторов

12 Два одинаковых плоских конденсатора соединены параллельно и заряжены до разности потенциалов Vо = 6 В. Найти разность потенциалов V между пластинами конденсаторов, если после отключения конденсаторов от источника тока у одного конденсатора уменьшили расстояние между пластинами вдвое.

Решение:

13 Два конденсатора с емкостями С1 = 1 мкФ и С2 = 2мкФ зарядили до разностей потенциалов V1=20B и V2 = 50 В. Найти разность потенциалов V после соединения — конденсаторов одноименными полосами.

Решение:

14 Конденсатор емкости C1 = 20 мкФ, заряженный до разности потенциалов V1 = 100B, соединили параллельно с заряженным до разности потенциалов V1=40 В конденсатором, емкость которого С2 неизвестна (соединили одноименно заряженные обкладки конденсаторов). Найти емкость С2 второго конденсатора, если разность потенциалов между обкладками конденсаторов после соединения оказалась равной V=80 В.

Решение:

15 Конденсатор емкости С1=4мкФ, заряженный до разности потенциалов V1 = 10B, соединен параллельно с заряженным до разности потенциалов V2 = 20 В конденсатором емкости С2 = 6 мкФ (соединили разноименно заряженные обкладки конденсаторов). Какой заряд окажется на пластинах первого конденсатора после соединения?

Заряды конденсаторов до их соединения q1 = C1V1 и q2 = C2V2. После соединения разноименно заряженных обкладок конденсаторов общий заряд q = |q2-q1| = (C1 + C2)V и заряд первого конденсатора где V-разность потенциалов между обкладками конденсаторов после соединения; отсюда

16 Конденсатор, заряженный до разности потен¬циалов V1 = 20 В, соединили параллельно с заряженным до разности потенциалов V2 = 4 В конденсатором емкости С2 = 33 мкФ (соединили разноименно заряженные обкладки конденсаторов). Найти емкость С1 первого конденсатора, если разность потенциалов между обкладками конденсаторов после их соединения V=2 В.

После соединения разноименных обкладок общий заряд q = CV равен разности зарядов q1 = C1V1 и q2 = C2V2 отдельных

конденсаторов, где С=С1 + С2 — общая емкость после соединения. Таким образом,

17 Конденсатор емкости С1 = 1 мкФ, заряженный до разности потенциалов V1 = 100B, соединили с конденсатором емкости С2 = 2 мкФ, разность потенциалов V2 на обкладках которого неизвестна (соединили разноименно заряженные обкладки конденсаторов). Найти разность потенциалов V2, если разность потенциалов между обкладками конденсаторов после соединения оказалась равной V=200 В.

До соединения заряды первого и второго конденсаторов

После соединения разноименных обкладок общий заряд

Двойной знак мы здесь поставили потому, что заранее не известно, какой из зарядов, q2 или q1 больше; отсюда

Решение со знаком минус соответствует случаю, когда знаки зарядов на пластинах первого конденсатора после соединения пластин не меняются, а со знаком плюс-случаю, когда эти знаки становятся обратными. Так как в нашем случае , а величина |V2| должна быть всегда положительной, то существует лишь одно решение-со знаком плюс. В результате |V2| = 350 В.

18 Два проводящих шара с радиусами R1 и R2 расположены так, что расстояние между ними во много раз больше радиуса большего шара. На шар радиуса R1 помещен заряд q. Каковы будут заряды на шарах после соединения их проводником, если второй шар не был заряжен? Емкостью проводника, соединяющего шары, пренебречь.

19 Два проводящих шара с радиусами R1 = 8см и R2 = 20 см, находящихся на большом расстоянии друг от друга, имели электрические заряды q1=40 нКл и q2=— 20 нКл. Как перераспределятся заряды, если шары соединить проводником? Емкостью проводника, соединяющего шары, пренебречь.

Соединение шаров проводником эквивалентно параллельному соединению конденсаторов. После соединения

20 Два проводящих шара с радиусами R1 = 10см и R2 = 5см, заряженных до потенциалов j1=20B и j2 = 10В, соединяются проводником. Найти поверхностные плотности зарядов на шарах s1 и s2 после их соединения. Расстояние между шарами велико по сравнению с их радиусами. Емкостью проводника, соединяющего шары, пренебречь.

Заряды на шарах до и после соединения Общий потенциал шаров после соединения определим из условия сохранения заряда

Заряды на первом и втором шарах после соединения

Поверхностные плотности зарядов на шарах

21 Плоский воздушный конденсатор, заряженный до разности потенциалов Vо = 800 В, соединили параллельно с таким же по размерам незаряженным конденсатором, заполненным диэлектриком. Какова диэлектрическая проницаемость e диэлектрика, если после соединения разность потенциалов между пластинами конденсаторов оказалась равной V=100В?

22 Найти емкость С трех плоских воздушных конденсаторов, соединенных параллельно. Размеры конденсаторов одинаковы: площадь пластины S=314 см2, расстояние между пластинами d=1 мм. Как изменится емкость трех конденсаторов, если пространство между пластинами одного конденсатора заполнить слюдой (диэлектрическая проницаемость e1 = 7), а другого — парафином (диэлектрическая проницаемость e2 = 2)?

Емкость трех конденсаторов без диэлектрика При заполнении двух конденсаторов диэлектриками емкость трех конденсаторов

23 В заряженном плоском конденсаторе, отсоединенном от источника тока, напряженность электрического поля равна Ео. Половину пространства между пластинами конденсатора заполнили диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e (толщина диэлектрика равна расстоянию между пластинами). Найти напряженность электрического поля Е в пространстве между пластинами, свободном от диэлектрика.

Если d-расстояние между пластинами и С0-емкость конденсатора без диэлектрика, то разность потенциалов между пластинами конденсатора (без диэлектрика) и заряд на пластинах Конденсатор, половина которого заполнена диэлектриком, можно рассматривать как два соединенных параллельно конденсатора (рис. 341), причем один не содержит диэлектрика и имеет емкость а в другом все пространство между пластинами заполнено диэлектриком, и поэтому его емкость Полная емкость конденсатора, половина которого заполнена диэлектриком, При отключенном источнике тока заряд на пластинах сохраняется, поэтому разность потенциалов между пластинами V=q/C, и напряженность электрического поля в пространстве между пластинами, свободном от диэлектрика,

24 Два последовательно соединенных конденсатора с емкостями C1 = 1 мкФ и С2 = 3 мкФ подключены к источнику тока с напряжением V =220 В. Найти напряжение на каждом конденсаторе.

Если V1 и V2 — напряжения на первом и втором конденсаторах, то V= V1 + V2, а заряды на них одинаковы и равны

При последовательном соединении конденсаторов на конденсаторе меньшей емкости напряжение больше, чем на конденсаторе большей емкости.

25 Два последовательно соединенных конденсатора с емкостями C1 = 1 мкФ и С2 = 2 мкФ подключены к источнику тока с напряжением V =900 В. Возможна ли работа такой схемы, если напряжение пробоя конденсаторов Vnp = 500 В?

Напряжения на первом и втором конденсаторах (см. задачу 24). Работать при указанном в условии задачи напряжении пробоя конденсаторов нельзя, ибо произойдет пробой первого, а затем и второго конденсаторов.

26 Два последовательно соединенных конденсатора подключены к источнику тока с напряжением V= 200 В (рис. 79). Один конденсатор имеет постоянную емкость C1 = 0,5 мкФ, а другой — переменную емкость С2 (от Cmin = 0,05 мкФ до Сmах = 0,5 мкФ). В каких пределах изменяется напряжение на переменном конденсаторе при изменении его емкости от минимальной до максимальной?

При изменении емкости переменного конденсатора С2 от Cmin до Сmax, напряжение на нем V изменяется в пределах (см. задачу 24)

27 При последовательном соединении трех различных конденсаторов емкость цепи Со = 1 мкФ, а при параллельном соединении емкость цепи С=11мкФ. Найти емкости конденсаторов С2 и С3, если емкость конденсатора С1 = 2 мкФ.

28 При последовательном соединении трех различных конденсаторов емкость цепи Со = 0,75 мкФ, а при параллельном соединении емкость цепи С = 7 мкФ. Найти емкости конденсаторов С2 и С3 и напряжения на них V2 и V3 (при последовательном соединении), если емкость конденсатора C1 = 3 мкФ, а напряжение на нем V1=20B.

При последовательном соединении конденсаторов имеем

Из этих уравнений находим

Согласно теореме Виета С2 и С3 должны быть корнями квадратного уравнения

Решая его, найдем

Заряды на всех конденсаторах при последовательном соединении равны между собой:

29 Три последовательно соединенных конденсатора с емкостями С1 = 100пФ, С2 = 200 пФ, С3 = 500 пФ подключены к источнику тока, который сообщил им заряд q=10нКл. Найти напряжения на конденсаторах V1, V2 и V3, напряжение источника тока V и емкость всех конденсаторов Со.

При последовательном соединении конденсаторов заряд каждого конденсатора равен q, поэтому

Напряжение источника тока равно полному напряжению на всех конденсаторах:

Так как при последовательном соединении

то

30 Три последовательно соединенных конденсатора с емкостями С1=0,1мкФ, С2 = 0,25 мкФ и С3 = 0,5 мкФ подключены к источнику тока с напряжением V =32 В. Найти напряжения V1, V2 и V3 на конденсаторах.

31 Два одинаковых воздушных конденсатора емкости С=100пФ соединены последовательно и подключены к источнику тока с напряжением V= 10 В. Как изменится заряд на конденсаторах, если один из них погрузить в диэлектрик с диэлектрической проницаемостью e= 2?

При последовательном соединении конденсаторов заряды на конденсаторах равны. До погружения одного из них в диэлектрик заряд на каждом конденсаторе

после погружения одного из них в диэлектрик заряды конденсаторов будут

Изменение заряда на конденсаторах

32 Два плоских воздушных конденсатора с одинаковыми емкостями соединены последовательно и подключены к источнику тока. Пространство между пластинами одного из конденсаторов заполняют диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e = 9. Во сколько раз изменится напряженность электрического поля Е в этом конденсаторе?

Первоначальная напряженность электрического поля в каждом конденсаторе

где d-расстояние между пластинами конденсатора. После заполнения одного конденсатора диэлектриком напряженность электрического поля в нем

33 Решить предыдущую задачу для случая, когда конденсаторы после зарядки отключаются от источника тока.

После отключения конденсатора от источника тока и заполнения его диэлектриком заряд на нем не изменяется:

Напряженность электрического поля в конденсаторе, заполненном диэлектриком,

34 Два плоских воздушных конденсатора с одинаковыми емкостями С=10пФ соединены последовательно. Насколько изменится емкость конденсаторов, если пространство между пластинами одного из них заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e = 2?

Изменение емкости соединенных конденсаторов

35 В плоский воздушный конденсатор с площадью обкладок S и расстоянием между ними d введена параллельно обкладкам проводящая пластинка, размеры которой равны размерам обкладок, а ее толщина намного меньше d. Найти емкость конденсатора с проводящей пластинкой, если пластинка расположена на расстоянии l от одной из обкладок конденсатора.

После введения пластинки образовалось два последовательно включенных конденсатора с емкостями

(рис. 342). Их общую емкость определим из соотношения

где С-первоначальная емкость конденсатора. Таким образом, после введения пластинки при любом ее положении С0 = С.

36 В плоский воздушный конденсатор с площадью обкладок S и расстоянием между ними d введена параллельно обкладкам проводящая пластинка, размеры которой равны размерам обкладок, а толщина dп = d/3<d. Найти емкость конденсатора с проводящей пластинкой.

Введение проводящей пластинки между обкладками конденсатора приводит к образованию двух последовательно включенных конденсаторов с расстояниями между обкладками d1 и d2 и емкостями

(рис.343). Их общую емкость находим из соотношения

При -первоначальная емкость конденсатора.

37 Плоский воздушный конденсатор заряжен до разности потенциалов Vo = 50 В и отключен от источника тока. После этого в конденсатор параллельно обкладкам вносится проводящая пластинка толщины dп= 1 мм. Расстояние между обкладками d=5 мм, площади обкладок и пластинки одинаковы. Найти разность потенциалов V между обкладками конденсатора с проводящей пластинкой.

Емкости конденсатора до и после внесения проводящей пластинки толщины dn (см. задачу 36)

Заряд конденсатора, отключенного от источника тока, не изменяется:

отсюда разность потенциалов между обкладками конденсатора после внесения проводящей пластинки

38 В плоский воздушный конденсатор с площадью обкладок S и расстоянием между ними d вводится параллельно обкладкам диэлектрическая пластинка толщины d1<d. Диэлектрическая проницаемость пластинки равна e, площади обкладок и пластинки одинаковы и равны S. Найти емкость конденсатора с диэлектрической пластинкой.

Если в конденсатор ввести тонкую проводящую пластинку, параллельную его обкладкам, то на ее поверхности появятся равные заряды противоположного знака. При этом электрическое поле в конденсаторе не изменится и емкость конденсатора останется прежней (ср. с задачей 35). Емкость конденсатора с диэлектрической пластинкой можно найти, предположив, что на поверхностях этой пластинки нанесены тонкие проводящие слои. В этом случае образуются три последовательно соединенных конденсатора с емкостями

где d2 и d3 — расстояния между поверхностями диэлектрической пластинки и обкладками, причем d2 + d3 = d-d1 (рис. 344). Общая емкость конденсатора С определяется из формулы

39 Пространство между обкладками плоского конденсатора заполнено тремя диэлектрическими пластинками равной толщины d=2 мм из стекла (e1=7), слюды (e2 = 6) и парафина (e3 = 2). Площади обкладок и пластинок одинаковы и равны S=200 см2. Найти емкость С такого конденсатора.

40 В плоский воздушный конденсатор с площадью обкладок S и расстоянием между ними d внесена параллельно обкладкам диэлектрическая пластинка с диэлектрической проницаемостью e = 2, которая расположена так, как показано на рис. 80. Во сколько раз изменится емкость конденсатора при внесении в него пластинки?

Представим конденсатор с диэлектрической пластинкой в виде двух параллельно включенных конденсаторов, первый из которых не содержит диэлектрика и имеет емкость

— первоначальная емкость конденсатора, а во втором площадь обкладки равна площади диэлектрической пластинки S/2 (рис. 345, а). Затем второй конденсатор представим в виде двух последовательно соединенных конденсаторов, один из которых не содержит диэлектрика и имеет емкость С2 = С0, а другой полностью заполнен диэлектриком и имеет емкость (рис. 345, б). Емкость этих двух конденсаторов

Емкость всех трех конденсаторов

Здесь мы считаем, что размеры обкладок намного больше расстояния между ними, и поэтому пренебрегаем краевыми эффектами, т. е. отличием электрического поля на краях обкладок и диэлектрической пластинки от однородного. В противном случае емкость первоначального конденсатора не равна емкости трех конденсаторов, изображенных на рис. 345, б.

41 Найти общую емкость конденсаторов, включенных по схеме, изображенной на рис. 81. Емкости конденсаторов С1 = 3 мкФ, С2 = 5 мкФ, С3 = 6 мкФ и С4 = 5 мкФ.

42 Найти общую емкость конденсаторов, включенных по схеме, изображенной на рис. 82. Емкость каждого конденсатора равна С0.

Схема включения, представленная на рис. 82, эквивалентна схеме, изображенной на рис. 346, а. Ввиду равенства емкостей всех конденсаторов разность потенциалов между точками а и b равна нулю, конденсатор С4 всегда не заряжен, и схема упрощается (рис. 346, б). Общая емкость конденсаторов

43 Найти разность потенциалов между точками а и b в схеме, изображенной на рис. 83. Емкости конденсаторов С1=0,5мкФ и С2=1мкФ, напряжения источников тока V1=2 В и V2 = 3 В.

44 Бумажный конденсатор емкости C1 = 5 мкФ и воздушный конденсатор емкости С2 = 30 пФ соединены последовательно и подключены к источнику тока с напряжением V=200 В. Затем воздушный конденсатор заливается керосином (диэлектрическая проницаемость e = 2). Какой заряд q протечет при этом по цепи?

45 Два одинаковых плоских воздушных конденсатора соединены последовательно и подключены к источнику тока. Во сколько раз изменится напряженность электрического поля в одном из них, если другой заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e = 4?

Вначале разность потенциалов между обкладками каждого конденсатора была V1 = V/2, где V-напряжение источника тока. После заполнения одного из них диэлектриком

где q-заряд на каждой обкладке, a

-разности потенциалов между обкладками до и после заполнения конденсатора диэлектриком. Так как напряженность электрического поля в конденсаторе пропорциональна разности потенциалов между его обкладками, то отношение напряженностей до и после заполнения

46 На точечный заряд, находящийся внутри плоского конденсатора, имеющего заряд q, действует сила F. На какую величину DF изменится эта сила, если конденсатор в течение времени t заряжать током I?

47 Конденсаторы, соединенные по схеме, изображенной на рис. 84, подключают в точках а и b к источнику тока с напряжением V =80 В, а затем отключают от него. Найти заряд, который протечет черезvточку а, если замкнуть ключ К. Емкости конденсаторовvС1 = С2 = С3 = С0 и С4 = ЗС0, где С0=100мкФ.

После подключения к источнику тока заряд каждого конденсатора в последовательной цепи amb равен q’ = С’V, где С’ = С1С3/(С1+С3)-емкость цепи amb, а заряд каждого конденсатора в. последовательной цепи anb равен q" = C"V, где С" = С2С4/(С2+С4)-емкость цепи anb. Разность потенциалов между точками а и т равна V’= q’/C1 = C3V/(C1+C3); разность потенциалов между точками а я n равна V"=q"/C2=C4V/(C2+C4). После отключения от источника тока схему можно рассматривать как две параллельные цепи из последовательно включенных конденсаторов (man из C1 и С2 и mbn из С3 и С4), заряженных до разности потенциалов

При замыкании ключа К разность потенциалов между точками m и n становится равной нулю. Цепь man разряжается, и через точку а протекает заряд q = CV, где C=C1C2/(C1+C2)-емкость этой цепи. Таким образом,

48 Четыре конденсатора соединены по схеме, изображенной на рис. 85. Полюсы источника тока можно присоединить либо к точкам а и b, либо к точкам m и n. Емкости конденсаторов С1 = 2 мкФ и С2 = 5 мкФ. Найти емкости конденсаторов Сх и Су, при которых заряды на обкладках всех конденсаторов по модулю будут равны между собой независимо от того, каким способом будет присоединен источник тока.

49 Два одинаковых плоских воздушных конденсатора вставлены друг в друга так, что расстояние между любыми двумя соседними пластинами d=5 мм. Каждый конденсатор соединен с источником тока, напряжение которого V=100В, одна из пластин каждого конденсатора заземлена (рис. 86). Какова напряженность электрического поля Е между пластинами а и b?

Относительно земли пластина а имеет потенциал а пластина b-потенциал Разность потенциалов между ними и напряженность электрического поля

50 Найти поверхностную плотность заряда на пластинах плоского конденсатора, если электрон, не имевший начальной скорости, пройдя путь от одной пластины к другой, приобретает скорость м/с. Расстояние между пластинами d=3 см.

51 Конденсатору емкости С = 2 мкФ сообщен заряд q=1 мКл. Обкладки конденсатора соединили проводником. Найти количество теплоты Q, выделившееся в проводнике при разрядке конденсатора, и разность потенциалов между обкладками конденсатора до разрядки.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделившееся при разрядке конденсатора, равно электрической энергии.

запасенной в конденсаторе:

Разность потенциалов между обкладками конденсатора до разрядки V=q/C=500 В.

52 При разрядке батареи, состоящей из n = 20 параллельно включенных конденсаторов с одинаковыми емкостями С = 4 мкФ, выделилось количество теплоты Q=10 Дж. До какой разности потенциалов были заряжены конденсаторы?

Энергия, запасенная в n конденсаторах,

отсюда разность потенциалов

53 Какое количество теплоты Q выделится при заземлении заряженного до потенциала j = 3000 В шара радиуса R = 5 см?

Вся электрическая энергия заряженного шара перейдет в теплоту:

54 Какой заряд q сообщен шару, если он заряжен до потенциала j=100 В, а запасенная им электрическая энергия W = 2,02 Дж?

Электрическая энергия, запасенная шаром,

55 Найти количество теплоты Q, выделившееся при соединении верхних незаземленных обкладок конденсаторов с емкостями С1 = 2 мкФ и С2 = 0,5 мкФ (рис. 87). Разности потенциалов между верхними обкладками конденсаторов и землей V1=100 В и V2=-50В.

До соединения конденсаторов их заряды

а их общая энергия

После соединения конденсаторов их полный заряд

где V-разность потенциалов между верхними обкладками и землей; отсюда

После соединения верхних обкладок конденсаторов их общая энергия

Выделившееся количество теплоты равно разности начальной и конечной энергий конденсаторов:

При V1 = V2 нет перехода зарядов, поэтому теплота не выделяется. Если потенциалы V1 и V2 имеют одинаковые знаки, то теплоты выделяется меньше, чем в случае разных знаков потенциалов.

56 Найти количество теплоты Q, выделившееся при соединении одноименно заряженных обкладок конденсаторов с емкостями С1 = 2мкФ и С2 = 0,5 мкФ. Разности потенциалов между обкладками конденсаторов V1 = 100 В и V2 = 50 В.

Выделившееся количество теплоты равно разности энергий конденсаторов до и после соединения (см. задачу 55):