Как можно решить следующую задачу по физике: плоский воздушный конденсатор с емкостью C=1,1*10^(-8) Ф заряжен до разности потенциалов U=300 В. После отключения от источника напряжения расстояние между пластинами конденсатора увеличилось в 2 раза. Необходимо определить: 1) разность потенциалов на обкладках конденсатора после раздвигания 2) работу внешних сил по раздвиганию пластин.

Физика 11 класс Электрические поля и конденсаторы плоский воздушный конденсатор емкость C разность потенциалов U работа внешних сил увеличение расстояния пластин физика 11 класс задачи по физике электрические заряды формулы конденсатора электростатика Новый

Для решения данной задачи мы воспользуемся основными формулами для конденсаторов и законами электричества. Рассмотрим каждый пункт по отдельности.

1) Определение разности потенциалов на обкладках конденсатора после раздвигания:

Сначала запомним, что емкость конденсатора определяется формулой:

• C = Q / U,

где C - емкость, Q - заряд, U - разность потенциалов.

Так как конденсатор отключен от источника напряжения, заряд на его обкладках остается постоянным. Мы можем найти заряд Q:

• Q = C * U = (1,1 * 10^(-8) Ф) * (300 В) = 3,3 * 10^(-6) Кл.

Теперь, когда расстояние между пластинами увеличилось в 2 раза, емкость изменится. Для плоского конденсатора емкость определяется как:

• C = (ε * S) / d,

где ε - диэлектрическая проницаемость (для воздуха можно считать равной ε0), S - площадь пластин, d - расстояние между пластинами.

Если расстояние d увеличивается в 2 раза, то новая емкость C' будет:

• C' = (ε * S) / (2d) = C / 2.

Теперь подставим значения:

• C' = (1,1 * 10^(-8) Ф) / 2 = 5,5 * 10^(-9) Ф.

Теперь мы можем найти новую разность потенциалов U' с использованием сохраненного заряда Q:

• U' = Q / C' = (3,3 * 10^(-6) Кл) / (5,5 * 10^(-9) Ф) = 600 В.

Ответ: Новая разность потенциалов U' на обкладках конденсатора после раздвигания составляет 600 В.

2) Определение работы внешних сил по раздвиганию пластин:

Работа внешних сил при изменении расстояния между пластинами конденсатора может быть найдена через изменение энергии конденсатора. Энергия конденсатора определяется формулой:

• W = (1/2) * C * U^2.

Сначала найдем начальную энергию W1 с использованием первоначальной емкости и напряжения:

• W1 = (1/2) * C * U^2 = (1/2) * (1,1 * 10^(-8) Ф) * (300 В)^2 = 4,95 * 10^(-6) Дж.

Теперь найдем конечную энергию W2 с новой емкостью и новым напряжением:

• W2 = (1/2) * C' * (U')^2 = (1/2) * (5,5 * 10^(-9) Ф) * (600 В)^2 = 1,98 * 10^(-6) Дж.

Работа внешних сил W будет равна разности конечной и начальной энергии:

• W = W2 - W1 = 1,98 * 10^(-6) Дж - 4,95 * 10^(-6) Дж = -2,97 * 10^(-6) Дж.

Отрицательное значение работы указывает на то, что работа внешних сил направлена против электрического поля конденсатора.

Ответ: Работа внешних сил по раздвиганию пластин составляет -2,97 * 10^(-6) Дж.