Какова конечная энергия системы, если заряженный конденсатор с энергией 6 мДж подключен к не заряженному конденсатору, ёмкость которого в два раза меньше?
ФизикаКолледжЭнергия конденсаторовконечная энергия системызаряженный конденсаторне заряженный конденсаторёмкостьфизика 12энергия конденсаторасоединение конденсаторов
Чтобы найти конечную энергию системы, когда заряженный конденсатор подключается к не заряженному конденсатору, давайте рассмотрим несколько шагов.
Шаг 1: Определим параметры конденсаторов.Согласно условию, начальная энергия заряженного конденсатора составляет 6 мДж (миллиджоулей).
Шаг 3: Определим заряд на заряженном конденсаторе.Энергия конденсатора может быть выражена через заряд и ёмкость:
U = Q^2 / (2 * C),
где U - энергия, Q - заряд, C - ёмкость. Отсюда можно выразить заряд:
Q = sqrt(2 * U * C).
Для нашего случая:
Q1 = sqrt(2 * 6 мДж * C1).
Шаг 4: После подключения конденсаторов.Когда заряженный конденсатор подключается к не заряженному, заряд Q1 будет перераспределен между двумя конденсаторами. Общая ёмкость системы будет равна:
C_total = C1 + C2 = C1 + C1/2 = (3/2) * C1.
Шаг 5: Рассчитаем конечную энергию системы.После подключения, энергия системы U_final будет равна:
U_final = Q^2 / (2 * C_total).
Подставим выражение для Q1:
U_final = (Q1^2) / (2 * (3/2) * C1) = (2 * Q1^2) / (3 * C1).
Теперь подставляем значение Q1:
U_final = (2 * (2 * 6 мДж * C1)) / (3 * C1) = (4 * 6 мДж) / 3 = 8 мДж.
Шаг 6: Итоговая энергия.Таким образом, конечная энергия системы составляет:
8 мДж.