ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 68.2: Энергия электростатического поля

Энергия плоского конденсатора выражается через ёмкость C и напряжение U: W=CU²/2 Ёмкость плоского конденсатора зависит от площади пластин S, расстояния между ними d и диэлектрической проницаемости среды ε: C=ε₀εS/d Если конденсатор заряжен и изолирован (заряд q постоянен), то удобнее использовать формулу энергии через заряд: W=q²/2C=q²d/2ε₀εS Сила взаимодействия пластин равна производной энергии по координате (расстоянию) с обратным знаком (так как сила стремится уменьшить расстояние): F=-dW/dd Подставим выражение для энергии: F=-d/dd(q²d/2ε₀εS)=-q²/2ε₀εS Знак минус указывает на то, что сила является силой притяжения (направлена в сторону уменьшения d). Модуль силы равен: F=q²/2ε₀εS Выразим это через энергию W. Заметим, что W=q²d/2ε₀εS, откуда q²/2ε₀εS=W/d. Таким образом, получаем простую зависимость: F=W/d Это соотношение верно для случая, когда заряд конденсатора не меняется при изменении расстояния (или если мы рассматриваем мгновенную силу при данных параметрах).

Дано: Энергия поля W=2 мДж. Расстояние между пластинами d=0.5 мм. Переведём значения в систему СИ: W=2·10^-3 Дж. d=0.5·10^-3 м =5·10^-4 м. Подставим числа в формулу F=W/d: F=2·10^-3/5·10^-4=2/5·10¹=0.4·10=4 Единица измерения силы — Ньютон (Н). Ответ: 4 Н.

Конденсаторы являются одними из самых распространённых элементов электрических цепей. Их основное свойство — способность накапливать и отдавать электрическую энергию, а также пропускать переменный ток и блокировать постоянный.

• Фильтры питания: В блоках питания компьютеров и телефонов большие электролитические конденсаторы используются для сглаживания пульсаций напряжения после выпрямления тока. Они накапливают заряд во время пиков напряжения и отдают его в провалах, обеспечивая стабильное питание.
• Колебательные контуры: В радиоприёмниках и передатчиках конденсатор вместе с катушкой индуктивности образует LC-контур. Ёмкость конденсатора позволяет настраивать частоту резонанса, выделяя нужную радиостанцию из множества сигналов.
• Импульсные устройства: В фотовспышках и дефибрилляторах конденсаторы быстро накапливают энергию от источника низкого напряжения, а затем мгновенно разряжаются, создавая мощный импульс света или электрического тока.
• Память и логика: В микропроцессорах и оперативной памяти (DRAM) миниатюрные конденсаторы используются для хранения битов информации (наличие или отсутствие заряда).

Назначение этих устройств основано на способности конденсатора изменять свои свойства (ёмкость, напряжение) во времени, что делает их незаменимыми для управления током и сигналами.