1.3.10. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

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.