1. Как можно экспериментально подтвердить, что электрическое поле заряженного конденсатора обладает энергией?
Один из способов подтверждения — разрядка заряженного конденсатора через нагрузку, например, лампочку. Если конденсатор заряжен, то при замыкании цепи лампочка вспыхнет, что докажет, что электрическое поле внутри конденсатора содержит энергию.
2. Чему равна энергия электрического поля: а) заряженного конденсатора; б) заряженного проводника?
а) Заряженного конденсатора — энергия выражается формулой W = (C * U²) / 2, где C — ёмкость, U — напряжение между обкладками. б) Заряженного проводника — энергия определяется выражением W = (q²) / (2C), где q — заряд проводника, C — его электрическая ёмкость.
3. Какую физическую величину называют объёмной плотностью энергии электрического поля?
Объёмной плотностью энергии называют величину, показывающую, сколько энергии содержится в единице объёма электрического поля. Она выражается формулой w = (ε * E²) / 2, где ε — диэлектрическая проницаемость среды, E — напряжённость электрического поля.
1. Как можно изменить потенциал проводника, не касаясь его и не изменяя его заряда?
Можно поднести к нему заряжённое тело. Электростатическая индукция вызовет перераспределение зарядов на проводнике, что приведёт к изменению его потенциала.
2. Изменится ли разность потенциалов пластин плоского воздушного конденсатора, если одну из них заземлить?
Да, изменится. Потенциал заземлённой пластины станет равным нулю, и разность потенциалов будет определяться потенциалом незаземлённой пластины.
3. Два конденсатора разной ёмкости соединены параллельно. Какой из конденсаторов обладает большей электрической энергией?
Энергия каждого конденсатора определяется формулой W = (C * U²) / 2. При параллельном соединении напряжение на обоих конденсаторах одинаково, а энергия будет больше у того, у которого больше ёмкость.
1. Каждая из пластин плоского конденсатора ёмкостью С имеет площадь, равную 5. Расстояние между пластинами равно (1. Во сколько раз изменится: а) ёмкость конденсатора, если увеличить расстояние между пластинами в 4 раза; б) энергия электрического поля конденсатора, если разность потенциалов между его пластинами равна Лер; в) объёмная плотность энергии электростатического поля конденсатора?
а) Ёмкость конденсатора, если увеличить расстояние между пластинами в 4 раза? Ёмкость плоского конденсатора определяется формулой: C = (ε₀ * ε * S) / d, где S — площадь пластин, d — расстояние между ними.
Если расстояние увеличивается в 4 раза (d' = 4d), то новая ёмкость будет: C' = (ε₀ * ε * S) / (4d) = C / 4. Таким образом, ёмкость уменьшится в 4 раза.
б) Энергия электрического поля конденсатора, если разность потенциалов между его пластинами равна U? Энергия электрического поля конденсатора: W = (C * U²) / 2.
Так как ёмкость уменьшилась в 4 раза, а напряжение U остаётся неизменным, энергия тоже уменьшится в 4 раза.
в) Объёмная плотность энергии электростатического поля конденсатора? Объёмная плотность энергии определяется формулой: w = (ε * ε₀ * E²) / 2, где E = U / d — напряжённость поля.
При увеличении расстояния d' = 4d, напряжённость становится: E' = U / (4d) = E / 4.
Тогда объёмная плотность: w' = (ε * ε₀ * (E / 4)²) / 2 = w / 16. То есть объёмная плотность энергии уменьшится в 16 раз.
2. Объёмная плотность энергии электростатического поля при атмосферном разряде в воздухе равна 20 Дж/м3. Оцените, чему равна напряжённость поля при электрическом разряде.
Формула для объёмной плотности энергии: w = (ε₀ * E²) / 2.
Для воздуха можно принять ε₀ ≈ 8,85 * 10⁻¹² Ф/м. Подставляем w = 20 Дж/м³:
20 = (8,85 * 10⁻¹² * E²) / 2
Решаем уравнение:
E² = (20 * 2) / (8,85 * 10⁻¹²) E² = 40 / (8,85 * 10⁻¹²) E ≈ 2,1 * 10⁶ В/м