Плоский воздушный конденсатор с круглыми пластинами диаметром 20 см и расстоянием между ними 5 мм подключен к источнику тока напряжением 12 В. Пластины раздвигают до расстояния 12 мм. На сколько уменьшится заряд конденсатора?
от

1 Ответ

Дано:  
D = 20 см = 0,2 м (диаметр пластин)  
r = D / 2 = 0,1 м (радиус пластин)  
d1 = 5 мм = 0,005 м (начальное расстояние между пластинами)  
d2 = 12 мм = 0,012 м (новое расстояние между пластинами)  
U = 12 В (напряжение источника)

Найти: изменение заряда конденсатора ΔQ = Q1 - Q2.

Решение:
Сначала найдем емкость конденсатора для двух разных расстояний между пластинами. Емкость плоского конденсатора с круглыми пластинами определяется формулой:

C = (ε₀ * S) / d

где S - площадь пластины, ε₀ = 8,85 * 10^(-12) Ф/м - электрическая постоянная.

Площадь круглой пластины S вычисляется по формуле:

S = π * r^2

Теперь найдем площадь пластины:

S = π * (0,1)^2 ≈ 3,14 * 10^(-2) м^2

Теперь найдем емкость конденсатора при начальном расстоянии d1:

C1 = (ε₀ * S) / d1  
C1 = (8,85 * 10^(-12) * 3,14 * 10^(-2)) / 0,005  

Теперь произведем расчет:

C1 ≈ (8,85 * 3,14) * 10^(-14) / 0,005  
C1 ≈ 27,8 * 10^(-14) / 0,005  
C1 ≈ 5,56 * 10^(-12) Ф  

Теперь найдем емкость конденсатора при новом расстоянии d2:

C2 = (ε₀ * S) / d2  
C2 = (8,85 * 10^(-12) * 3,14 * 10^(-2)) / 0,012  

Теперь произведем расчет:

C2 ≈ (8,85 * 3,14) * 10^(-14) / 0,012  
C2 ≈ 27,8 * 10^(-14) / 0,012  
C2 ≈ 2,32 * 10^(-12) Ф  

Теперь найдем заряд на конденсаторе до и после изменения расстояния. Заряд вычисляется по формуле:

Q = C * U

Теперь подставим значения для Q1 и Q2:

Q1 = C1 * U  
Q1 ≈ (5,56 * 10^(-12)) * 12 = 6,67 * 10^(-11) Кл  

Q2 = C2 * U  
Q2 ≈ (2,32 * 10^(-12)) * 12 = 2,78 * 10^(-11) Кл  

Теперь найдем изменение заряда ΔQ:

ΔQ = Q1 - Q2  
ΔQ ≈ (6,67 * 10^(-11)) - (2,78 * 10^(-11))  
ΔQ ≈ 3,89 * 10^(-11) Кл  

Ответ:
Заряд конденсатора уменьшится на ΔQ ≈ 3,89 * 10^(-11) Кл.
от