Заряженный конденсатор имеет энергию 5 мДж. Пространство между обкладками заполнено твердым диэлектриком (ε=5). Найти работу, которую следует совершить для удаления пластины из конденсатора.
от

1 Ответ

дано:  
E = 5 мДж = 5 * 10^-3 Дж  
ε = 5 (диэлектрическая проницаемость)  

найти:  
A (работа, которую следует совершить для удаления диэлектрической пластины)

решение:  
1. Энергия конденсатора с диэлектриком выражается как:  
E = (1/2) * C * U^2,  
где C — емкость конденсатора, U — напряжение на конденсаторе.

2. Когда диэлектрик удаляется, его диэлектрическая проницаемость изменяется на ε = 1 (воздух или вакуум). Тогда емкость конденсатора без диэлектрика будет:  
C0 = C / ε.

3. Работа, которую нужно совершить для удаления диэлектрика, равна разнице в энергии конденсатора до и после удаления диэлектрика. Начальная энергия с диэлектриком (E) и конечная энергия без диэлектрика (E0):  
E0 = (1/2) * C0 * U^2 = (1/2) * (C / ε) * U^2  
E0 = (1/2) * C * U^2 / ε.

4. Разница в энергии (работа):  
A = E - E0  
A = (1/2) * C * U^2 - (1/2) * C * U^2 / ε  
A = (1/2) * C * U^2 * (1 - 1/ε).

5. Подставляем известные значения:  
A = (1/2) * C * U^2 * (1 - 1/5)  
A = (1/2) * C * U^2 * (4/5).

6. Так как энергия с диэлектриком E = (1/2) * C * U^2, то можно выразить A через E:  
A = (4/5) * E  
A = (4/5) * 5 * 10^-3  
A = 4 * 10^-3 Дж.

ответ:  
Работа, которую следует совершить для удаления пластины из конденсатора, составляет 4 мДж.
от