Номер 3, страница 423 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Авторы: Касьянов В. А.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2021 - 2025
Уровень обучения: углублённый
Цвет обложки: белый самолет и молнии изображены
ISBN: 978-5-09-103621-3
Популярные ГДЗ в 10 классе
Задачи. Параграф 93. Энергия электростатического поля. 15. Энергия электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов. Электростатика - номер 3, страница 423.
№3 (с. 423)
Условие. №3 (с. 423)
скриншот условия

3. Пластины плоского конденсатора, электроёмкость которого $\text{C}$, имеют заряды $+Q$ и $-Q$. Какая работа совершается внешними силами при увеличении расстояния между пластинами в 3 раза?
Решение. №3 (с. 423)
Дано:
Начальная электроёмкость конденсатора: $C_1 = C$
Заряд на каждой из пластин: $|Q|$
Начальное расстояние между пластинами: $d_1$
Конечное расстояние между пластинами: $d_2 = 3d_1$
Конденсатор изолирован, так как не указано подключение к источнику питания.
Найти:
Работу внешних сил $A_{ext}$.
Решение:
Работа, совершаемая внешними силами по изменению конфигурации системы, равна изменению её потенциальной энергии. Для конденсатора это изменение энергии его электрического поля.
$A_{ext} = \Delta W = W_2 - W_1$
где $W_1$ – начальная энергия конденсатора, а $W_2$ – конечная.
Поскольку конденсатор отключен от источника питания (изолирован), заряд $Q$ на его пластинах в процессе их раздвижения остаётся постоянным. В этом случае для расчёта энергии удобно использовать формулу:
$W = \frac{Q^2}{2C}$
Начальная энергия конденсатора равна:
$W_1 = \frac{Q^2}{2C_1} = \frac{Q^2}{2C}$
Электроёмкость плоского конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между его пластинами:
$C = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon S}{d}$
где $\varepsilon_0$ – электрическая постоянная, $\varepsilon$ – диэлектрическая проницаемость среды, $S$ – площадь пластин, $d$ – расстояние между ними.
Когда расстояние между пластинами увеличивается в 3 раза ($d_2 = 3d_1$), новая электроёмкость $C_2$ становится в 3 раза меньше начальной:
$C_2 = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon S}{d_2} = \frac{\varepsilon_0 \varepsilon S}{3d_1} = \frac{1}{3} \cdot \frac{\varepsilon_0 \varepsilon S}{d_1} = \frac{1}{3} C_1 = \frac{C}{3}$
Теперь найдём конечную энергию конденсатора $W_2$ при новой ёмкости $C_2$ и неизменном заряде $Q$:
$W_2 = \frac{Q^2}{2C_2} = \frac{Q^2}{2(C/3)} = \frac{3Q^2}{2C}$
Наконец, вычислим работу внешних сил как разность конечной и начальной энергий:
$A_{ext} = W_2 - W_1 = \frac{3Q^2}{2C} - \frac{Q^2}{2C} = \frac{2Q^2}{2C} = \frac{Q^2}{C}$
Работа положительна, так как внешняя сила совершает работу против сил электростатического притяжения между разноимённо заряженными пластинами.
Ответ: $A_{ext} = \frac{Q^2}{C}$.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10 класс, для упражнения номер 3 расположенного на странице 423 к учебнику 2021 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №3 (с. 423), автора: Касьянов (Валерий Алексеевич), ФГОС (старый) углублённый уровень обучения учебного пособия издательства Просвещение.