Номер 14, страница 129, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VII. Электростатика. Параграф 39. Электроёмкость. Энергия электрического поля - номер 14, страница 129.

Условие.

14. Обкладки конденсатора, соединённые с полюсами источника постоянного напряжения, приближают друг к другу. Как при
этом изменяются:

а) напряжение между обкладками;

б) электроёмкость конденсатора;

в) заряд конденсатора;

г) энергия конденсатора?

д) Соответствует ли полученный вывод формуле $W_э = \frac{CU^2}{2}$?

Решение 2.

а) напряжение между обкладками

Поскольку конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения, напряжение между его обкладками равно напряжению источника и остается постоянным в течение всего процесса.

Ответ: напряжение не изменяется.

б) электроёмкость конденсатора

Электроёмкость плоского конденсатора определяется формулой $C = \frac{\varepsilon\varepsilon_0 S}{d}$, где $\varepsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды, $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная, $\text{S}$ — площадь обкладок, $\text{d}$ — расстояние между ними. При сближении обкладок расстояние $\text{d}$ уменьшается. Так как ёмкость $\text{C}$ обратно пропорциональна расстоянию $\text{d}$, то при уменьшении $\text{d}$ электроёмкость конденсатора увеличивается.

Ответ: электроёмкость увеличивается.

в) заряд конденсатора

Заряд на конденсаторе связан с ёмкостью и напряжением соотношением $Q = C \cdot U$. Так как напряжение $\text{U}$ не изменяется (пункт а), а ёмкость $\text{C}$ увеличивается (пункт б), то заряд $\text{Q}$ на обкладках конденсатора должен увеличиться. Дополнительный заряд на обкладки поступает от источника тока.

Ответ: заряд увеличивается.

г) энергия конденсатора

Энергия электрического поля конденсатора вычисляется по формуле $W_e = \frac{CU^2}{2}$. Поскольку напряжение $\text{U}$ постоянно, а ёмкость $\text{C}$ увеличивается, то энергия, запасённая в конденсаторе, также увеличивается.

Ответ: энергия увеличивается.

д) Соответствует ли полученный вывод формуле $W_e = \frac{CU^2}{2}$?

Да, соответствует. Вывод, сделанный в пункте (г), основан именно на этой формуле. При постоянном напряжении $\text{U}$ (так как конденсатор подключен к источнику) энергия $W_e$ прямо пропорциональна ёмкости $\text{C}$. Поскольку при сближении пластин ёмкость увеличивается, то и энергия конденсатора возрастает. Увеличение энергии происходит за счёт работы, которую совершает источник напряжения, перемещая дополнительный заряд на обкладки конденсатора.

Ответ: да, соответствует.