• Предмет: Физика
  • Автор: Romaar
  • Вопрос задан 4 месяца назад

Плоский повітряний конденсатор з площею пластин 120см^2 і відстанню між пластинами 5мм підімкнено до джерела електричної енергії. Швидкість 3×10^5м/с
Знайти: 1) напруга
2) наскільки зміниться енергія конденсатора, якщо, не вимикаючи конденсатор із джерела, простір між його пластинами заповнити діелектриком з діелектричною проникністю 3,5.

Ответы

Ответ дал: moskiton0611
0

Ответ:

Объяснение:

Напруга між пластинами конденсатора обчислюється за формулою:

=

U=

C

Q

де U - напруга, Q - заряд на пластинах, C - ємність конденсатора.

Спершу знайдемо ємність конденсатора за формулою:

=

0

C=

d

ε

0

⋅A

де C - ємність конденсатора, ε₀ - діелектрична проникність вакууму (приблизно 8,854 × 10⁻¹² Ф/м), A - площа пластин (120 см² = 0,012 м²), d - відстань між пластинами (5 мм = 0,005 м).

=

8.854

×

1

0

12

/

0.012

2

0.005

=

0.021096

×

1

0

12

C=

0.005m

8.854×10

−12

F/m⋅0.012m

2

=0.021096×10

−12

F

Тепер знайдемо заряд на пластинам конденсатора, використовуючи рівняння:

=

U=

C

Q

де U - напруга (необхідно знайти), Q - заряд на пластинах, C - ємність конденсатора.

Розставимо рівняння відносно Q:

=

Q=U⋅C

Тепер підставимо значення:

=

0.021096

×

1

0

12

Q=U⋅0.021096×10

−12

F

Ми можемо розв'язати для U:

=

0.021096

×

1

0

12

U=

0.021096×10

−12

F

Q

Щоб знайти зміну енергії конденсатора при заповненні простору між пластинами діелектриком, використаємо наступну формулу для енергії конденсатора:

=

1

2

2

W=

2

1

C⋅U

2

Спочатку знайдемо енергію конденсатора з пустим простором:

п

устий

=

1

2

0.021096

×

1

0

12

(

2

)

W

п

устий=

2

1

⋅0.021096×10

−12

F⋅(U

2

)

Тепер ми збільшимо ємність конденсатора, додаючи діелектрик, і знайдемо нову ємність C' з врахуванням діелектричної проникності:

=

C

r

⋅C

де εᵣ - діелектрична проникність діелектрика (3.5 у вашому випадку).

=

3.5

0.021096

×

1

0

12

C

=3.5⋅0.021096×10

−12

F

Тепер ми можемо знайти нову енергію конденсатора з діелектриком:

д

іелектрик

=

1

2

(

3.5

0.021096

×

1

0

12

)

(

2

)

W

д

іелектрик=

2

1

⋅(3.5⋅0.021096×10

−12

F)⋅(U

2

)

Зміна енергії конденсатора при додаванні діелектрика буде:

Δ

=

д

іелектрик

п

устий

ΔW=W

д

іелектрик−W

п

устий

Підставляючи значення виразів, отримаємо:

Δ

=

1

2

(

3.5

0.021096

×

1

0

12

)

(

2

)

1

2

0.021096

×

1

0

12

(

2

)

ΔW=

2

1

⋅(3.5⋅0.021096×10

−12

F)⋅(U

2

)−

2

1

⋅0.021096×10

−12

F⋅(U

2

)

Тепер виразіть ΔW відносно U:

Δ

=

1

2

0.021096

×

1

0

12

(

3.5

2

2

)

ΔW=

2

1

⋅0.021096×10

−12

F⋅(3.5U

2

−U

2

)

Δ

=

1

2

0.021096

×

1

0

12

2.5

2

ΔW=

2

1

⋅0.021096×10

−12

F⋅2.5U

2

Δ

=

0.05274

×

1

0

12

2

ΔW=0.05274×10

−12

F⋅U

2

Тепер ви вже знаєте напругу U з першої частини задачі, і ви можете використовувати це значення для знаходження зміни енергії ΔW.

Δ

=

0.05274

×

1

0

12

(

2

)

ΔW=0.05274×10

−12

F⋅(U

2

)

Підставте значення напруги U і обчисліть ΔW

Вас заинтересует