Номер 3, страница 429 - гдз по физике 10 класс учебник Грачев, Погожев

Вопросы. Параграф 76. Конденсаторы. Емкость плоского конденсатора. Энергия электрического поля. Глава 10. Электростатика. Электродинамика - номер 3, страница 429.

Условие.

3. Какое поле образуется между пластинами плоского конденсатора, если нанесённые на них заряды одинаковы по модулю и противоположны по знаку? Что в этом случае называют зарядом конденсатора?

Решение.

Какое поле образуется между пластинами плоского конденсатора, если нанесённые на них заряды одинаковы по модулю и противоположны по знаку?

Плоский конденсатор представляет собой систему из двух параллельных проводящих пластин (обкладок), на которые нанесены равные по модулю и противоположные по знаку заряды, $+q$ и $-q$. Каждая из этих пластин создаёт вокруг себя электрическое поле. Согласно принципу суперпозиции полей, результирующее поле в любой точке пространства равно векторной сумме полей, создаваемых каждой пластиной в отдельности.

В пространстве между пластинами векторы напряжённости электрического поля от положительно заряженной пластины ($E_+$) и от отрицательно заряженной пластины ($E_-$) направлены в одну и ту же сторону — от положительной пластины к отрицательной. Поэтому модули их напряжённостей складываются. Если пренебречь краевыми эффектами (считать пластины бесконечно большими), то поле каждой пластины однородно, и его напряжённость равна $E_{пластины} = \frac{\sigma}{2\epsilon\epsilon_0}$, где $\sigma$ — поверхностная плотность заряда ($\sigma = \frac{q}{S}$), $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды между пластинами, а $\epsilon_0$ — электрическая постоянная.

Таким образом, напряжённость результирующего поля между пластинами равна:

$E = E_+ + E_- = \frac{\sigma}{2\epsilon\epsilon_0} + \frac{\sigma}{2\epsilon\epsilon_0} = \frac{\sigma}{\epsilon\epsilon_0}$

Это поле является однородным, то есть его вектор напряжённости во всех точках между пластинами (вдали от краёв) одинаков по модулю и направлению. Линии напряжённости такого поля представляют собой параллельные прямые, перпендикулярные пластинам.

Снаружи конденсатора поля от двух пластин направлены в противоположные стороны и, в идеальном случае, полностью компенсируют друг друга, так что поле равно нулю. Следовательно, электрическое поле оказывается сосредоточенным практически полностью в пространстве между обкладками.

Ответ: Между пластинами плоского конденсатора образуется однородное электрическое поле, сосредоточенное в основном в пространстве между ними.

Что в этом случае называют зарядом конденсатора?

Несмотря на то, что полный электрический заряд системы из двух обкладок конденсатора равен нулю ($+q + (-q) = 0$), при разделении зарядов на обкладках конденсатор накапливает электрическую энергию. Способность накапливать заряд характеризуется величиной, которую называют зарядом конденсатора.

Зарядом конденсатора принято называть абсолютное значение (модуль) заряда на одной из его обкладок.

$q = |q_{положительной\ пластины}| = |q_{отрицательной\ пластины}|$

Таким образом, если говорят, что заряд конденсатора равен, например, 10 нКл, это означает, что на его положительной обкладке находится заряд $+10$ нКл, а на отрицательной — заряд $-10$ нКл.

Ответ: Зарядом конденсатора называют модуль заряда на любой из его пластин.