Номер 14, страница 32, 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 14, страница 32.

Условие.

14*. Между обкладками плоского воздушного конденсатора, заряд которого равен $\text{q}$, помещают пластину (рис. 17).

a) Если пластина изготовлена из проводника, то напряжённость электрического поля в точке А

увеличится ☐

уменьшится ☐

не изменится ☐ ☐

Отметьте знаком ✔ правильный ответ.

б) Если пластина изготовлена из диэлектрика, то напряжённость электрического поля в точке А

увеличится ☐

уменьшится ☐

не изменится ☐

Отметьте знаком ✔ правильный ответ.

Решение.

Дано:

Плоский воздушный конденсатор, изолированный от источника.

Заряд на обкладках: $q = const$

Площадь обкладок: $\text{S}$

Найти:

Как изменится напряженность электрического поля в точке А при помещении между обкладками:

а) проводящей пластины;

б) диэлектрической пластины.

Решение:

Изначально напряженность однородного электрического поля между обкладками плоского воздушного конденсатора равна $E_0$. Она определяется поверхностной плотностью свободных зарядов $\sigma$ на обкладках:

$E_0 = \frac{\sigma}{\epsilon_0} = \frac{q}{\epsilon_0 S}$,

где $\epsilon_0$ — электрическая постоянная. Поскольку конденсатор изолирован, его заряд $\text{q}$ и, следовательно, поверхностная плотность заряда $\sigma$ остаются неизменными при внесении пластины.

Точка А находится в воздушном зазоре между положительной обкладкой и внесенной пластиной. Напряженность поля в этой точке определяется по принципу суперпозиции полей, создаваемых всеми зарядами системы: свободными зарядами на обкладках конденсатора и зарядами, появившимися на поверхности внесенной пластины.

а) Если пластина изготовлена из проводника

При помещении проводящей пластины в электрическое поле конденсатора на её поверхностях индуцируются заряды (явление электростатической индукции). На поверхности, обращенной к положительной обкладке, появляется отрицательный индуцированный заряд, а на противоположной — положительный. В результате этого перераспределения зарядов напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю.

Поле, создаваемое индуцированными зарядами на поверхностях проводящей пластины, можно рассматривать как поле от двух разноименно заряженных плоскостей. Такое поле существует только в пространстве между этими плоскостями (т.е. внутри проводника), а вне проводника оно равно нулю. Точка А находится вне проводящей пластины.

Следовательно, в точке А поле индуцированных зарядов равно нулю, и общая напряженность поля определяется только свободными зарядами на обкладках конденсатора. Так как заряд конденсатора не изменился, то и напряженность поля в точке А осталась прежней:

$E_A = E_0 = \frac{q}{\epsilon_0 S}$

Ответ: не изменится

б) Если пластина изготовлена из диэлектрика

При помещении диэлектрической пластины в электрическое поле происходит ее поляризация. На поверхностях диэлектрика появляются связанные (поляризационные) заряды: отрицательные на стороне, обращенной к положительной обкладке, и положительные на противоположной. Эти связанные заряды создают собственное электрическое поле, направленное против внешнего поля, что приводит к ослаблению поля внутри диэлектрика.

По аналогии с проводником, поле, создаваемое связанными зарядами на поверхностях диэлектрической пластины, отлично от нуля только внутри самой пластины. Вне диэлектрика (в том числе в точке А) поле, создаваемое связанными зарядами, равно нулю.

Таким образом, напряженность поля в точке А по-прежнему определяется только свободными зарядами на обкладках конденсатора. Поскольку заряд $\text{q}$ не изменился, напряженность поля в точке А также не изменится:

$E_A = E_0 = \frac{q}{\epsilon_0 S}$

Ответ: не изменится