Пример 1. На пластинах плоского конденсатора находится заряд Q = 10 нКл. Площадь (S) каждой пластины конденсатора равна 100 см2, диэлектрик – воздух. Определить силу (), с которой притягиваются пластины. Поле между пластинами считать однородным.
Дано: Q = 10 нКл = 10×10-9 Кл; S = 100 см2 = 100×10-4 м2.
Определить: .
Решение. Заряд (Q) одной пластины находится в поле напряженностью , созданном зарядом другой пластины конденсатора. Следовательно, на первый заряд действует сила (рис. 1.21):
. (1)
Так как
,
где s – поверхностная плотность заряда пластины, то формула (1) примет вид:
.
Вычисляя, получим: = 565 мкН.
Пример 2. Конденсатор емкостью С1 = 3 мкФ был заряжен до разности потенциалов U1 = 40 В. После отключения от источника тока конденсатор соединили параллельно с другим незаряженным конденсатором емкостью С2 = 5 мкФ. Какая энергия (W/) расходуется на образование искры в момент присоединения второго конденсатора?
Дано: С1 = 3 мкФ = 3×10-6 Ф; С2 = 5 мкФ = 5×10-6 Ф; U1 = 40 В
Определить: W/.
Решение. Энергия, израсходованная на образование искры, равна:
, (1)
где W1 – энергия, которой обладал первый конденсатор до присоединения к нему второго конденсатора; W2 – энергия, которую имеет батарея, составленная из двух конденсаторов.
Энергия заряженного конденсатора определяется по формуле:
, (2)
где C – емкость конденсатора или батареи конденсаторов.
Выразим энергии W1 и W2 по формуле (2), подставим их в формулу (1) и, приняв во внимание, что общая емкость параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов, получим:
, (3)
где U2 – разность потенциалов на зажимах батареи конденсаторов.
Учитывая, что заряд после присоединения второго конденсатора остался прежним, выразим разность потенциалов (U2) следующим образом:
. (4)
Подставив выражение U2 в (3), найдем:
,
или
.
Вычисляя, получим: W/ = 1,5 мДж.