Номер 10, страница 168, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VIII. Постоянный электрический ток. Параграф 43. Расчёт более сложных электрических цепей - номер 10, страница 168.

Условие.

10. Может ли через конденсатор течь постоянный электрический ток? Обоснуйте свой ответ.

Решение 2.

В общем случае, нет, постоянный электрический ток через идеальный конденсатор течь не может. Обоснование этого утверждения следует из устройства и принципа действия конденсатора.

Конденсатор представляет собой две проводящие пластины (обкладки), которые разделены слоем диэлектрика — материала, не проводящего электрический ток (изолятора). Из-за наличия этого изолирующего слоя между обкладками отсутствует прямой электрический контакт, что создаёт разрыв в цепи.

При подключении конденсатора к источнику постоянного напряжения (например, к батарее) в цепи возникает лишь кратковременный ток, называемый током заряда. Этот ток течёт до тех пор, пока конденсатор не зарядится полностью, то есть пока разность потенциалов между его обкладками не станет равной напряжению источника. В процессе зарядки на одной обкладке накапливается положительный заряд, а на другой — отрицательный. Как только конденсатор заряжен, движение зарядов прекращается, и ток в цепи падает до нуля.

Связь между током $\text{I}$, протекающим через конденсатор, и напряжением $\text{U}$ на его обкладках описывается формулой: $I = C \frac{dU}{dt}$ где $\text{C}$ — это ёмкость конденсатора, а $\frac{dU}{dt}$ — скорость изменения напряжения во времени.

Для постоянного тока напряжение в установившемся режиме является постоянной величиной ($U = \text{const}$). Следовательно, его производная по времени $\frac{dU}{dt}$ равна нулю. Это означает, что и ток $\text{I}$ через идеальный конденсатор в цепи постоянного тока после окончания зарядки равен нулю.

Стоит, однако, упомянуть, что реальные конденсаторы не являются идеальными. Диэлектрик в них обладает очень большим, но всё же конечным сопротивлением. По этой причине через реальный конденсатор может протекать очень слабый постоянный ток, который называют током утечки. Величина этого тока, как правило, ничтожно мала (порядка нано- или микроампер) и в большинстве инженерных расчетов ею пренебрегают, считая, что конденсатор является разрывом в цепи для постоянного тока.

Ответ: Нет, через идеальный конденсатор постоянный электрический ток течь не может, так как его обкладки разделены диэлектриком (изолятором), который создаёт разрыв в цепи. Ток в цепи с конденсатором существует только в переходных процессах (зарядка или разрядка). В реальных конденсаторах существует очень малый ток утечки, обусловленный неидеальностью диэлектрика, но в большинстве случаев им можно пренебречь.