Что произойдет с энергией конденсатора если источник напряжения отключить



Действия с конденсатором

2015-04-17
7241

9. Емкость плоского конденсатора С₁ = 10 -10 Ф. Диэлектрик – фарфор. Конденсатор зарядили до разности потенциалов U₁ = 600 В и отключили от источника. Какую работу необходимо совершить, чтобы вынуть диэлектрик из конденсатора? Трением пренебречь.

Если конденсатор отключили от источника, то напряжение уменьшается, но остается q = const.Энергия конденсатора: Т.к. q=const, то необходимо использовать формулу . А_внеш. = W₂ – W₁

Если конденсатор остается подключенным к источнику, то q ≠ const, а

U = const = q₁/C₁ = q₂/C₂и W = ½ (CU 2 ).

10.Плоский конденсатор электроемкостью 4нФ подсоединен к источнику напряжения 10 В. Затем, не отключая конденсатор от источника, расстояние между его обкладками увеличили в 2 раза.

1) Найти, во сколько раз изменились следующие величины: а) электроемкость конденсатора, б) заряд на его обкладках, в) напряжение на конденсаторе, г) поверхностная плотность заряда, д) напряженность электростатического поля, е) поток Е через пластину конденсатора,

ж) электрическая индукция D, з) плотность энергии электрического поля в конденсаторе,

и) энергия конденсатора.

2) Рассчитать работу, затраченную на изменение расстояния между обкладками.

3) Найти заряд, прошедший через источник.

1) а) если С₁ = 4 нФ, то

в) Т.к. конденсатор от источника не отключается, то U₂ = U₁ = U =10 B, но изменяется заряд:

б) q₁= C₁U, q₂= C₂U → q₂ / q₁ = ½.

г) → σ₂ / σ₁ = ½. д) Е₂ / Е₁ = ½.

з)w = ½εεE 2 → w₂ / w₁ = ¼.

и)Когда U = const, то W = ½CU 2 ,

2) Работа внешних сил, затраченная на изменение расстояние между обкладками, рассчитывается как изменение энергии конденсатора:

A= W₂ — W₁ = ½ W₁ — W₁ = — ½ W₁ = — ¼ C₁U 2 = — 10 -7 Дж.

3) Найдем заряд, прошедший через источник:

∆q = q₁ — q₂ = q₁ — ½ q₁ = ½ q₁= ½ C₁U = 2∙10 -8 Кл.

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.

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. После 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. Поскольку 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?

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

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.

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

Что произойдет с энергией конденсатора если источник напряжения отключить

Плоский конденсатор отключили от источника тока, а затем уменьшили расстояние между его пластинами. Как изменили при этом заряд на обкладках конденсатора, электроемкость конденсатора и напряжение на его обкладках? (Краевыми эффектами пренебречь, считая пластины конденсатора большими. Диэлектрическую проницаемость воздуха принять равной 1.)

Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:

Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.

Поскольку конденсатор отключен от источника, при изменении расстояния между пластинами заряд конденсатора никак не изменяется. Электроемкость плоского конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами:

Источник