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#92135

В плоский конденсатор с площадью обкладок S  и расстоянием между ними d  помещены параллельно обкладкам и напротив них две соприкасающиеся пластины (см. рис.). У одной пластины диэлектрическая проницаемость 𝜖  = 2
 1  , толщина d∕3  , у другой пластины 𝜖  = 3
 2  , толщина d∕4  . У обеих пластин площадь каждой из двух поверхностей равна S  . Конденсатор подключен к источнику с напряжением U  .
1. Найти напряженность электрического поля E  в левом воздушном зазоре конденсатора.
2. Найти заряд Q  положительно заряженной обкладки конденсатора.
3. Найти связанный (поляризационный) заряд q  на границе соприкосновения пластин.
Ответы давать с числовыми коэффициентами в виде обыкновенных дробей.
(«Физтех», 2023, 11)

PIC

Источники: Физтех, 2023, 11

Показать ответ и решение

PIC

1) Рассмотрим напряженность в простанстве между пластинами конденсатора. Заряд перемещается с одной пластины на другую под действием источника, заряды на пластинах равны по модулю и противоположны по знаку. Пластины создают напряженности, сумма которых

          Q
E0  = 2 ⋅-----
         2𝜀0S

Внутри диэлектрика напряженность уменьшается в число раз, равное диэлектрической проницаемости диэлектрика. Тогда напряженности внутри первого и второго диэлектриков:

      E0
E1 =  ---
      𝜀1

E2 =  E0-
      𝜀2

Суммарное напряжение между пластинами конденсатора равно ЭДС источника, оно складывается из произведений напряженностей на длины учатсков между пластинами:

U  = E0 ⋅ (x1 + x2) + E1 ⋅ d+ E2 ⋅ d
                          3       4

Найдем суммарную длину воздушных зазоров между пластинами:

              d-  d-   5--
x1 + x2 = d − 3 − 4 =  12d

Тогда напряжение между пластинами:

         5          2          1     2
U = E0 ⋅ --d + E0 ⋅ --d + E0 ⋅---d = --E0d
         12         12        12     3

Тогда напряженность в воздушном зазоре между пластинами:

      3 U
E0  = ----
      2 d

2) Суммарная напряженность двух пластин конденсатора:

E   = 2 ⋅-Q---
  0      2𝜀0S

Тогда заряд пластин равен

               3    U
Q  = 𝜀0SE0  =  -𝜀0S --
               2    d

PIC

3) Рассмотрим напряженности внутри диэлектриков, они создаются заряженными пластинами конденсатора, а также зарядами, поляризованными на обкладках диэлектриков. Напряженности от обкладок первого диэлектрика внутри него складываются, а напряженности от обкладок второго диэлектрика внутри первого в сумме дают ноль. Аналогично с напряженностями внутри второго диэлектрика, распишем напряженности внутри диэлектриков и выразим заряды на их обкладках:

 2Q     2q          E     1  3U
-----−  ---1-+ 0 =  -0-=  -⋅ ---
2𝜀0S    2𝜀0S        2     2  2 d

3U-   -q1-   3-U-
2d  − 𝜀0S =  4 d

q1 = 3𝜀0S U- = 1Q
     4    d    2

Q---  -q2-       E0-   1-U-
𝜀0S − 𝜀0S +  0 =  3  = 2 d

        U    2
q2 = 𝜀0S-- = --Q
        d    3

Тогда суммарный заряд на соприкасающихся обкладках диэлектриков:

q − q  = − 1-Q
 1   2     6
Ответ:

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!