Тема . Электродинамика. Конденсатор и пластины

.03 Проводники и диэлектрики в электрическом поле. Конденсатор с диэлектриками

Вспоминай формулы по каждой теме
Решай новые задачи каждый день
Вдумчиво разбирай решения
ШКОЛКОВО.
Готовиться с нами - ЛЕГКО!
Подтемы раздела электродинамика. конденсатор и пластины
Решаем задачу:

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#30727

Два диска, по которым равномерно распределены заряды q  и −  q  , могут двигаться без трения в длинном непроводящем теплоизолированном цилиндре, расположенном горизонтально (см. рисунок). Расстояние между дисками много меньше их радиуса. Между дисками находится некоторое количество гелия, за дисками газа нет, система находится в равновесии. Заряды дисков мгновенно уменьшают вдвое, после чего ожидают прихода системы в равновесие. Пренебрегая теплообменом, найдите, во сколько раз изменятся температура газа и расстояние между дисками.
(Всеросс., 2015, финал, 10)

PIC

Показать ответ и решение

Обозначим через V, P  и T  начальные значения объёма, давления и температуры газа, d  – начальное расстояние между дисками, а те же величины с индексом 1 – те же параметры в конечном состоянии. Так как расстояние между дисками много меньше их радиуса, напряжённость поля диска можно вычислять, считая его равномерно заряженной бесконечной плоскостью:

E =  --q--,
     2𝜀0S
где S  – площадь дисков.
Тогда на второй диск со стороны первого действует силa F =  qE  :
            q2
F =  qE =  -----.
           2𝜀0S
Сила пропорциональна квадрату заряда и не зависит от расстояния между пластинами, поэтому конечное равновесное давление будет в четыре раза меньше начального.
Энергия конденсатора равна
       q2    q2d
Wc  = --- = ----- = F d = P V.
      2C    2 𝜀0S
Рассмотрим систему, состоящую из газа и заряженных пластин. Её энергия равна
            3-      5-      5-
W  = P V +  2P V =  2P V =  2νRT.
Энергия системы в конечном равновесном состоянии должна равняться начальной энергии:
5P V  =  3P V +  PV--⇒  5-νRT  =  7νRT   ⇒  T =  7T-.
2 1  1   2        4     2     1   4          1   10
Теперь, используя P  = P ∕4
 1  :
P1V1-=  T1-=  7--⇒  d1-= V1- = 14-.
P V     T     10    d     V     5
Полученный ответ подтверждает предположение о малости d  в конечном состоянии.
Ответ:
Критерии оценки

Критерии оценивания выполнения задачи

Баллы

Формула напряженности электрического поля

2

Формула силы электрической

2

Формула энергии электрического поля конденсатора

2

Формула общей энергии системы

2

Представлен правильный ответ

2

Максимальный балл

10

Специальные программы

Все специальные программы

Программа
лояльности v2.0

Приглашай друзей в Школково и получай вознаграждение до 10%!

Крути рулетку
и выигрывай призы!

Крути рулетку и покупай курсы со скидкой, которая привязывается к вашему аккаунту.

Бесплатное онлайн-обучение

Для школьников из приграничных территорий России, проживающих в ДНР, ЛНР, Херсонской, Запорожской, Белгородской, Курской, Брянской областях и Крыму.

Налоговые вычеты

Узнай, как получить налоговый вычет при оплате обучения в «Школково».

Специальное предложение
для учителей

Бесплатный доступ к любому курсу подготовки к ЕГЭ, ОГЭ и олимпиадам от «Школково». Мы с вами делаем общее и важное дело, а потому для нас очень значимо быть чем-то полезными для учителей по всей России!

Вернём деньги за курс
за твою сотку на ЕГЭ

Сдать экзамен на сотку и получить обратно деньги за подготовку теперь вполне реально!

cyberpunkMouse
cyberpunkMouse
Рулетка
Вы можете получить скидку в рулетке!