Номер 15, 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 15, страница 129.

Условие.

15. Обкладки конденсатора, соединённые с полюсами источника постоянного напряжения, удаляют друг от друга. Как при этом изменяются:

а) напряжение между обкладками;

б) электроёмкость конденсатора;

в) заряд конденсатора;

г) энергия конденсатора?

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

Решение 2.

Решение

а) напряжение между обкладками
Поскольку конденсатор остаётся подключённым к источнику постоянного напряжения, разность потенциалов между его обкладками поддерживается постоянной и равной напряжению источника $\text{U}$.
Ответ: Напряжение между обкладками не изменяется.

б) электроёмкость конденсатора
Электроёмкость плоского конденсатора определяется по формуле $C = \frac{\epsilon \epsilon_0 S}{d}$, где $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды, $\epsilon_0$ — электрическая постоянная, $\text{S}$ — площадь обкладок, $\text{d}$ — расстояние между ними. В условии задачи обкладки удаляют друг от друга, следовательно, расстояние $\text{d}$ увеличивается. Так как ёмкость $\text{C}$ обратно пропорциональна расстоянию $\text{d}$, то электроёмкость конденсатора уменьшается.
Ответ: Электроёмкость конденсатора уменьшается.

в) заряд конденсатора
Заряд на конденсаторе связан с его ёмкостью и напряжением формулой $q = CU$. Из пункта (а) мы знаем, что напряжение $\text{U}$ остаётся постоянным, а из пункта (б) — что ёмкость $\text{C}$ уменьшается. Поскольку заряд прямо пропорционален ёмкости при постоянном напряжении, он также уменьшается.
Ответ: Заряд конденсатора уменьшается.

г) энергия конденсатора
Энергию электрического поля конденсатора можно рассчитать по формуле $W_э = \frac{CU^2}{2}$. Так как напряжение $\text{U}$ постоянно, а ёмкость $\text{C}$ уменьшается, то и энергия, запасённая в конденсаторе, уменьшается.
Ответ: Энергия конденсатора уменьшается.

д) Соответствует ли полученный вывод формуле $W_э = \frac{CU^2}{2}$?
Да, полностью соответствует. Вывод, сделанный в предыдущем пункте, был основан именно на анализе этой формулы. Уменьшение энергии $W_э$ является прямым следствием уменьшения ёмкости $\text{C}$ при неизменном напряжении $\text{U}$, что и показывает данное выражение.
Ответ: Да, соответствует.