Задача на конденсатор.

Плотность энергии электростатического поля, находящегося между двумя параллельными, равномерно заряженными пластинами, составляет w= 0,1 Дж/м3. Сила их взаимного притяжения F=4 мН. Площади пластин S=100 см2. Как можно определить заряды этих пластин?

Физика 11 класс Электростатика конденсатор плотность энергии электростатическое поле силы притяжения заряды пластин параллельные пластины физика 11 класс задачи по физике Новый

Чтобы определить заряды пластин конденсатора, давайте воспользуемся данными, которые у нас есть, и формулами, относящимися к электростатическому полю и конденсаторам.

1. **Определение напряженности электрического поля (E)**:

Плотность энергии электростатического поля (w) связана с напряженностью (E) следующим образом:

w = (1/2) ε0 E^2

где ε0 - электрическая постоянная (приблизительно 8.85 * 10^-12 Ф/м).

Мы можем выразить E через w:

E = √(2 * w / ε0)

Подставим значение w:

E = √(2 0.1 Дж/м³ / (8.85 10^-12 Ф/м))

2. **Определение заряда (Q)**:

Сила F, действующая между пластинами, может быть связана с зарядом и напряженностью электрического поля следующим образом:

F = Q * E

Из этой формулы мы можем выразить заряд Q:

Q = F / E

3. **Определение площади (S)**:

Площадь S пластин дана в см², и нам нужно перевести ее в м²:

S = 100 см² = 100 * 10^-4 м² = 0.01 м²

4. **Вычисление напряженности электрического поля**:

Теперь подставим значения в формулу для E:

E = √(2 0.1 / (8.85 10^-12))

Вычисляем E:

E ≈ √(2 0.1 / (8.85 10^-12)) ≈ √(2.26 * 10^10) ≈ 150.33 кВ/м

5. **Вычисление заряда (Q)**:

Теперь подставим E в формулу для Q:

Q = F / E

Сначала преобразуем силу F из миллиньютонов в ньютоны:

F = 4 мН = 4 * 10^-3 Н

Теперь можем подставить значения:

Q = (4 * 10^-3 Н) / (150330 В/м)

Вычисляем Q:

Q ≈ 2.65 * 10^-8 Кл

Таким образом, заряды на пластинах конденсатора составляют примерно 26.5 нКл.