Номер 11, страница 31, часть 2 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 2. Глава 6. Электрические явления. Параграф 42. Конденсаторы. Энергия электрического поля конденсатора - номер 11, страница 31.

Условие.

11. Оцените модуль силы электрического взаимодействия пластин плоского конденсатора, заряд которого $q = 5 \text{ мкКл}$, а модуль напряжённости электрического поля между его пластинами $E = 10 \text{ кВ/см}$.

Ответ: ________.

Решение.

Дано:

Заряд конденсатора $q = 5$ мкКл

Модуль напряжённости электрического поля $E = 10$ кВ/см

Перевод в систему СИ:
$q = 5 \cdot 10^{-6}$ Кл
$E = 10 \frac{кВ}{см} = 10 \cdot \frac{10^3 В}{10^{-2} м} = 10 \cdot 10^5 \frac{В}{м} = 10^6 \frac{В}{м}$

Найти:

Модуль силы электрического взаимодействия пластин $\text{F}$.

Решение:

Сила, с которой одна пластина конденсатора действует на другую, определяется зарядом этой пластины и напряжённостью электрического поля, создаваемого другой пластиной. Важно понимать, что полное поле $\text{E}$ между пластинами создается обеими пластинами.

Напряжённость поля, создаваемого одной бесконечно большой заряженной плоскостью (пластиной), равна $E_{1} = \frac{\sigma}{2\epsilon_0}$, где $\sigma$ – поверхностная плотность заряда, а $\epsilon_0$ – электрическая постоянная.

Поле между пластинами конденсатора является суммой полей от положительно и отрицательно заряженных пластин. Поскольку эти поля сонаправлены, полное поле равно:

$E = E_{1} + E_{2} = \frac{\sigma}{2\epsilon_0} + \frac{\sigma}{2\epsilon_0} = \frac{\sigma}{\epsilon_0}$

Сила, действующая на одну из пластин (например, с зарядом $\text{q}$), создается полем *другой* пластины $E_{другой}$. Модуль этого поля равен $E_{другой} = \frac{\sigma}{2\epsilon_0}$.

Из сравнения формул видно, что поле, создаваемое одной пластиной, в два раза меньше полного поля между пластинами: $E_{другой} = \frac{E}{2}$.

Тогда сила взаимодействия между пластинами находится по формуле:

$F = |q| \cdot E_{другой} = q \frac{E}{2}$

Подставим числовые значения в систему СИ:

$F = \frac{5 \cdot 10^{-6} \text{ Кл} \cdot 10^6 \frac{В}{м}}{2} = \frac{5}{2} \text{ Н} = 2,5 \text{ Н}$

Ответ: 2,5 Н.