Тема . Электродинамика. Электричество и цепи

.09 Локальный закон Ома

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

Ошибка.
Попробуйте повторить позже

Задача 1#33213

Плоский конденсатор ёмкостью C0   заполнен слабопроводящей слоистой средой с 𝜀 = 1  , удельное сопротивление которой зависит от расстояния x до одной из пластин по закону

       (       )
ρ = ρ0  1 +  2x- ,
             d

где d  – расстояние между пластинами конденсатора. Конденсатор подключён к батарее с напряжением U0   (рис.). Найдите:
1) силу тока, протекающего через конденсатор;
2) заряды нижней (q1   ) и верхней (q2   ) пластин конденсатора;
3) заряд q  внутри конденсатора (т. е. в среде между пластинами);
4) электрическую энергию W э   , запасённую в конденсаторе.
(Всеросс., 2011, финал, 11 )

PIC

Показать ответ и решение

1. В установившемся режиме сила тока I = const  при любом значении x  . Выделим в среде слой    x  , dx  . По закону Ома

                 (        )
dU =  ρdx-I = Iρ0  1 + 2x-  dx-.  (1 )
       S                d    S

Здесь S  – площадь пластин конденсатора.

     ∫
              2Iρ0d    2Iρ0𝜀0
U0 =    dU =  ------=  -------,
                S        C0

так как       𝜀0S
C0 =  ----
       d  . Выразим силу тока

I = U0C0--  (2 )
    2ρ0𝜀0

2. Определим напряжённость электрического поля вблизи нижней (E
 1   ) и верхней (E
  2   ) пластин. Из (1) и (2) следует:

        dU    Iρ  (     2x )   C  U  (     2x)
E (x) = --- = ---0  1 + ---  = --0--0  1 + --- .
        dx     S         d      2𝜀0S       d

При x = 0  , E1 =  C0U0-,
      2𝜀0S

                     C0U0-
q1 = Sσ1 = SE1 𝜀0 =   2   .

При x = d  ,      3C0U0--
E2 =   2𝜀0S ,

                           3C0U0
q2 = − S σ2 = − SE2 𝜀0 = − ------.
                             2

3. Полный заряд конденсатора, включающий заряды обеих пластин и заряд в среде между пластинами, равен нулю:

q  + q +  q = 0.
 1    2

Из этого соотношения следует:

q = C0U0.

4. Электрическую энергию, запасённую в конденсаторе, найдём через объёмную плотность энергии W э = 𝜀E2 ∕2  :

      ∫          ∫d     2              2 ∫d(        )
W э =    ωэdV  =    𝜀0E--(x-)Sdx =  C0U-0-    1 + 2x-  dx =  13C0U 2.
                       2            8d            d         24    0
                 0                       0
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!