Номер 1, страница 58, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Экспериментируйте

1. Сконструируйте простейший плоский конденсатор из подручных материалов: металлическая пластинка, соединительные провода, штатив с лапками. Пластины соедините с электрометром, одну со стержнем, другую с корпусом электрометра. Эбонитовой палочкой зарядите одну из пластин и наблюдайте за показаниями электрометра, когда раздвигаете пластины.

1. Решение

В данном эксперименте конструируется простейший плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных металлических пластин. Одна пластина соединена со стержнем электрометра, а вторая — с его корпусом. Электрометр предназначен для измерения разности потенциалов (напряжения) U между телами, к которым он подключен, в данном случае — между пластинами конденсатора.

Когда одна из пластин заряжается с помощью наэлектризованной эбонитовой палочки, конденсатор приобретает заряд q. После того как палочка убрана, конденсатор оказывается электрически изолированным. Это означает, что заряд q на его пластинах остается постоянным на протяжении всего дальнейшего опыта (пренебрегая утечкой заряда в воздух).

Электроёмкость C плоского конденсатора определяется его геометрическими характеристиками по формуле:

$C = \frac{\epsilon \epsilon_0 S}{d}$

где S — площадь пластин, d — расстояние между ними, $\epsilon_0$ — электрическая постоянная, а $\epsilon$ — диэлектрическая проницаемость среды между пластинами (для воздуха $\epsilon$ близка к 1).

Заряд, ёмкость и напряжение на конденсаторе связаны соотношением:

$q = C \cdot U$

Отсюда можно выразить напряжение:

$U = \frac{q}{C}$

В ходе эксперимента пластины раздвигают, то есть увеличивают расстояние d между ними. Из формулы для электроёмкости следует, что при увеличении расстояния d, ёмкость C уменьшается, так как она обратно пропорциональна расстоянию.

Поскольку заряд q на изолированном конденсаторе постоянен, а ёмкость C уменьшается, то из соотношения $U = q/C$ следует, что напряжение U между пластинами должно увеличиться. Электрометр, измеряющий это напряжение, покажет увеличение разности потенциалов, что проявится в большем отклонении его стрелки.

Ответ: При раздвигании пластин заряженного и изолированного конденсатора его электроёмкость уменьшается. Так как заряд на пластинах остаётся постоянным, разность потенциалов (напряжение) между ними возрастает. Следовательно, показания электрометра будут увеличиваться.