Электроёмкость. Энергия электрического поля. Определи, насколько увеличится заряд плоского конденсатора при уменьшении расстояния между его пластинами, разделёнными воздухом, с d1 = 9 мм до d2 = 2 мм. Площадь обкладок S = 180 см2, конденсатор подключён к источнику тока с постоянным напряжением U = 8,9 в. (Ответ округли до сотых.) нКл. едения Ответ:
Для решения задачи сначала определим, как меняется ёмкость плоского конденсатора в зависимости от расстояния между его пластинами.
Ёмкость плоского конденсатора (C) можно рассчитать по формуле: [ C = \frac{\varepsilon S}{d} ] где:
( \varepsilon ) — электрическая постоянная (для воздуха ( \varepsilon \approx 8.85 \times 10^{-12} \, \text{Ф/м} )),( S ) — площадь обкладок конденсатора (в м²),( d ) — расстояние между обкладками (в м).
Площадь обкладок ( S = 180 \, \text{см}^2 = 0.018 \, \text{м}^2 ).
Для решения задачи сначала определим, как меняется ёмкость плоского конденсатора в зависимости от расстояния между его пластинами.
Ёмкость плоского конденсатора (C) можно рассчитать по формуле:
( \varepsilon ) — электрическая постоянная (для воздуха ( \varepsilon \approx 8.85 \times 10^{-12} \, \text{Ф/м} )),( S ) — площадь обкладок конденсатора (в м²),( d ) — расстояние между обкладками (в м).[
C = \frac{\varepsilon S}{d}
]
где:
Площадь обкладок ( S = 180 \, \text{см}^2 = 0.018 \, \text{м}^2 ).
Рассчитаем ёмкость при расстоянии ( d_1 = 9 \, \text{мм} = 0.009 \, \text{м} ):
[
C_1 = \frac{8.85 \times 10^{-12} \times 0.018}{0.009} = \frac{1.593 \times 10^{-13}}{0.009} \approx 1.770 \times 10^{-11} \, \text{Ф}
]
Далее рассчитываем ёмкость при расстоянии ( d_2 = 2 \, \text{мм} = 0.002 \, \text{м} ):
[
C_2 = \frac{8.85 \times 10^{-12} \times 0.018}{0.002} = \frac{1.593 \times 10^{-13}}{0.002} \approx 7.965 \times 10^{-11} \, \text{Ф}
]
Теперь найдем заряды на конденсаторе при каждом из расстояний. Заряд (Q) можно рассчитать по формуле:
[
Q = C \cdot U
]
где ( U = 8.9 \, \text{В} ).
Рассчитаем заряд при ( d_1 ):
[
Q_1 = C_1 \cdot U = 1.770 \times 10^{-11} \times 8.9 \approx 1.573 \times 10^{-10} \, \text{Кл}
]
Рассчитаем заряд при ( d_2 ):
[
Q_2 = C_2 \cdot U = 7.965 \times 10^{-11} \times 8.9 \approx 7.085 \times 10^{-10} \, \text{Кл}
]
Теперь найдем, насколько увеличится заряд:
[
\Delta Q = Q_2 - Q_1 = (7.085 \times 10^{-10} - 1.573 \times 10^{-10}) \approx 5.512 \times 10^{-10} \, \text{Кл}
]
Чтобы получить заряд в наноКулонах (нКл), преобразуем:
[
\Delta Q \approx 551.2 \, \text{нКл}
]
Ответ: 551.20 нКл.