Определить напряженности электрического поля в слоях плоского трехслойного конденсатора, заряженного до напряжения 10 кв, если емкости его слоев соответственно равны 6;3;1,5мкФ при толщинах слоев 1,2 и 4 мм.
от

1 Ответ

Дано:  
Напряжение на конденсаторе U = 10 кВ = 10 000 В  
Емкости слоев:  
C1 = 6 мкФ = 6 * 10^-6 Ф  
C2 = 3 мкФ = 3 * 10^-6 Ф  
C3 = 1,5 мкФ = 1,5 * 10^-6 Ф  

Толщины слоев:  
d1 = 1,2 мм = 1,2 * 10^-3 м  
d2 = 4 мм = 4 * 10^-3 м  
d3 = 4 мм = 4 * 10^-3 м  

Найти: Напряженности электрического поля в слоях E1, E2, E3.

Решение:
1. Для трехслойного конденсатора напряжение распределяется на слои, и для каждого слоя напряжение будет пропорционально его емкости. Поскольку емкости всех слоев одинаково соединены в серии, заряд на каждом слое одинаков.

2. Напряжение на каждом слое можно выразить через его емкость и заряд:
   U1 = Q / C1,  
   U2 = Q / C2,  
   U3 = Q / C3,  
   где Q — заряд на каждом слое.

3. Сумма напряжений на всех слоях равна полному напряжению конденсатора:
   U = U1 + U2 + U3.

4. Таким образом, выражаем заряд Q через полное напряжение и емкости:
   Q = U / (1 / C1 + 1 / C2 + 1 / C3).

5. Находим заряд Q:
   Q = 10 000 / (1 / (6 * 10^-6) + 1 / (3 * 10^-6) + 1 / (1,5 * 10^-6))  
   Q = 10 000 / (1.6667 * 10^5 + 3.3333 * 10^5 + 6.6667 * 10^5)  
   Q = 10 000 / 1.0 * 10^6  
   Q = 0.01 Кл.

6. Напряжение на каждом слое:
   U1 = Q / C1 = 0.01 / (6 * 10^-6) = 1666.67 В,  
   U2 = Q / C2 = 0.01 / (3 * 10^-6) = 3333.33 В,  
   U3 = Q / C3 = 0.01 / (1,5 * 10^-6) = 6666.67 В.

7. Напряженность электрического поля в каждом слое рассчитывается по формуле:
   E = U / d,  
   где d — толщина слоя.

8. Напряженности электрического поля:
   E1 = U1 / d1 = 1666.67 / (1.2 * 10^-3) = 1.39 * 10^6 В/м,  
   E2 = U2 / d2 = 3333.33 / (4 * 10^-3) = 8.33 * 10^5 В/м,  
   E3 = U3 / d3 = 6666.67 / (4 * 10^-3) = 1.67 * 10^6 В/м.

Ответ:  
Напряженности электрического поля в слоях:  
E1 = 1.39 * 10^6 В/м,  
E2 = 8.33 * 10^5 В/м,  
E3 = 1.67 * 10^6 В/м.
от