Какова энергия электростатического поля слюдяного конденсатора, если площадь его пластин составляет 40 см², толщина слоя диэлектрика равна 0,1 см, разность потенциалов на пластинах равна 360 В, а диэлектрическая проницаемость слюды составляет 7?

Физика 11 класс Электростатика энергия электростатического поля слюдяной конденсатор площадь пластин толщина диэлектрика разность потенциалов диэлектрическая проницаемость физика 11 класс Новый

Чтобы найти энергию электростатического поля слюдяного конденсатора, нам нужно выполнить несколько шагов. Давайте рассмотрим их по порядку.

Шаг 1: Находим емкость конденсатора.

Формула для емкости плоского конденсатора с диэлектриком выглядит следующим образом:

C = (ε * S) / d

где:

• C - емкость конденсатора (Фарады),
• ε - диэлектрическая проницаемость (Фарады на метр),
• S - площадь пластин (квадратные метры),
• d - толщина диэлектрика (метры).

Теперь подставим известные значения:

• Площадь S = 40 см² = 40 * 10^(-4) м² = 0,004 м²,
• Толщина d = 0,1 см = 0,1 * 10^(-2) м = 0,001 м,
• Диэлектрическая проницаемость ε = ε0 * εr, где ε0 = 8,85 * 10^(-12) Ф/м (постоянная диэлектрическая проницаемость вакуума) и εr = 7 (диэлектрическая проницаемость слюды).

Таким образом, ε = 8,85 * 10^(-12) * 7 = 6,195 * 10^(-11) Ф/м.

Теперь можем найти емкость C:

C = (6,195 * 10^(-11) Ф/м * 0,004 м²) / 0,001 м = 2,478 * 10^(-10) Ф.

Шаг 2: Находим энергию конденсатора.

Энергия, запасенная в конденсаторе, вычисляется по формуле:

U = (1/2) * C * V²

где:

• U - энергия (Джоули),
• C - емкость (Фарады),
• V - разность потенциалов (Вольты).

Подставим известные значения:

• C = 2,478 * 10^(-10) Ф,
• V = 360 В.

Теперь подставим в формулу:

U = (1/2) * (2,478 * 10^(-10)) * (360)².

Сначала найдем (360)²:

(360)² = 129600.

Теперь подставим это значение в формулу для энергии:

U = (1/2) * (2,478 * 10^(-10)) * 129600 = (1/2) * 3,215 * 10^(-5) = 1,6075 * 10^(-5) Дж.

Шаг 3: Ответ.

Итак, энергия электростатического поля слюдяного конденсатора составляет примерно 1,6075 * 10^(-5) Дж.