В идеальном колебательном контуре происходят свободные электромагнитные колебания. Катушка индуктивностью L = 0,15 Гн присоединена к плоскому конденсатору с площадью пластин S = 20 см2 и расстоянием между ними d = 1,77 мм. Максимальная сила тока в катушке I0 = 0,20 мА, а максимальное напряжение на обкладках конденсатора U0 = 10 В. Определите диэлектрическую проницаемость вещества, заполняющего пространство между пластинами конденсатора.
от

1 Ответ

Дано:
- индуктивность катушки L = 0,15 Гн
- площадь пластин конденсатора S = 20 см² = 20 × 10^(-4) м²
- расстояние между пластинами d = 1,77 мм = 1,77 × 10^(-3) м
- максимальная сила тока в катушке I0 = 0,20 мА = 0,20 × 10^(-3) А
- максимальное напряжение на обкладках конденсатора U0 = 10 В

Найти: диэлектрическую проницаемость вещества ε.

Решение:

1. Вместо ε используем связь между ёмкостью C, зарядом Q и напряжением U:
   C = Q / U.
   Также известно, что:
   Q = I0 / ω,
   где ω = 1 / sqrt(LC).

2. Рассчитаем угловую частоту ω:
   ω = 1 / sqrt(LC).
   Подставим значения:
   ω = 1 / sqrt(0,15 * 0,15).

3. Найдем значение:
   ω ≈ 1 / sqrt(0,0225) ≈ 1 / 0,15 ≈ 6,67 рад/с.

4. Теперь подставим значение ω в уравнение для заряда Q:
   Q = I0 / ω = (0,20 × 10^(-3)) / (6,67) ≈ 3,00 × 10^(-5) Кл.

5. Теперь можем найти ёмкость C:
   C = Q / U0 = (3,00 × 10^(-5)) / 10 = 3,00 × 10^(-6) Ф.

6. Для плоского конденсатора ёмкость выражается как:
   C = ε * (S / d),
   где ε — диэлектрическая проницаемость.

7. Подставим известные значения в формулу:
   3,00 × 10^(-6) = ε * (20 × 10^(-4) / (1,77 × 10^(-3))).

8. Выразим ε:
   ε = (3,00 × 10^(-6)) * (1,77 × 10^(-3)) / (20 × 10^(-4)).

9. Посчитаем:
   ε = (3,00 × 1,77) / 20 = (5,31 × 10^(-6)) / (20 × 10^(-4))
   = 5,31 / 2 = 2,655.

Ответ: диэлектрическая проницаемость вещества, заполняющего пространство между пластинами конденсатора, составляет примерно 2,655.
от