Форум сайта alsak.ru

Задачи и вопросы по физике => Электростатика => Электродинамика => Конденсатор => : irina68 04 January 2011, 18:55

: Конденсатор заполнен двумя слоями диэлектрика
: irina68 04 January 2011, 18:55
Плоский конденсатор заполнен двумя слоями диэлектрика с диэлектрическими проницаемостями ε1 = 7 и ε2 = 3. Толщина слоев d1 = 2 см и d2 = 5 см. На конденсатор подано напряжение U = 500 В. Граница раздела диэлектриков параллельна обкладкам конденсатора. Конденсатор предварительно отключен от батареи. Найти напряженность Е1 и определить, на сколько изменится напряженность электрического поля во втором диэлектрике, если первый будет удален.
: Re: Конденсатор заполнен двумя слоями диэлектрика
: alsak 05 January 2011, 14:00
На конденсатор подано напряжение U = 500 В. … Конденсатор предварительно отключен от батареи.

Не понятна последовательность событий: что было раньше, вначале подано напряжение, а затем отключен конденсатор или наоборот? Если первый случай, то слово «предварительно» лишнее, если второй, то фраза «Конденсатор предварительно отключен от батареи» нам ничего не дает.
: Re: Конденсатор заполнен двумя слоями диэлектрика
: irina68 05 January 2011, 15:55
Слово "предварительно" действительно, неуместно.  Сначала подано напряжение, а затем конденсатор отключен от батареи.
: Re: Конденсатор заполнен двумя слоями диэлектрика
: alsak 06 January 2011, 07:43
1 способ.
Такой конденсатор (рис. 1) можно представить в виде двух последовательно  соединенных конденсаторов С1 и С2 с расстояниями между обкладками d1 и d2 и площадью обкладок S (рис. 2). Электроемкости этих конденсаторов равны
 
\[ C_{1} = \frac{ \varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{1} \cdot S}{d_{1}}, \; \;
C_{2} = \frac{ \varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{2} \cdot S}{d_{2}}. \]

Тогда емкость батареи С, состоящей их двух последовательно соединенных конденсаторов, можно найти следующим образом:
 
\[ \frac{1}{C} = \frac{1}{C_{1}} + \frac{1}{C_{2}} =
\frac{d_{1}}{\varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{1} \cdot S} +
\frac{d_{2}}{\varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{2} \cdot S} =
\frac{d_{1} \cdot \varepsilon_{2} + d_{2} \cdot \varepsilon_{1}}
{\varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{1} \cdot \varepsilon_{2} \cdot S}, \]

\[ C = \frac{\varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{1} \cdot \varepsilon_{2} \cdot S}
{d_{1} \cdot \varepsilon_{2} + d_{2} \cdot \varepsilon_{1}}. \]

Зная общее напряжение и общую электроемкость можно найти общий заряд системы
 
\[ q = C \cdot U = \frac{\varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{1} \cdot \varepsilon_{2} \cdot S \cdot U}{d_{1} \cdot \varepsilon_{2} + d_{2} \cdot \varepsilon_{1}}.
 \]

Так как конденсаторы соединены последовательно, то q1 = q2 = q. Тогда
 
\[ U_{1} = \frac{q_{1}}{C_{1}} = \frac{\varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{1} \cdot \varepsilon_{2} \cdot S \cdot U}{d_{1} \cdot \varepsilon_{2} + d_{2} \cdot \varepsilon_{1}} \cdot \frac{d_{1}}{\varepsilon_{0} \cdot \varepsilon_{1} \cdot S} = \frac{\varepsilon_{2} \cdot d_{1} \cdot U}{d_{1} \cdot \varepsilon_{2} + d_{2} \cdot \varepsilon_{1}}. \]

Напряженность электрического поля внутри первого диэлектрика (конденсатора)
 
\[ E_{1} = \frac{U_{1}}{d_{1}} = \frac{\varepsilon_{2} \cdot U}{d_{1} \cdot \varepsilon_{2} + d_{2} \cdot \varepsilon_{1}}.
 \]

Аналогично находим напряженность внутри второго диэлектрика
 
\[ E_{2} = \frac{q_{2}}{C_{2}} \cdot \frac{1}{d_{2}} =
\frac{\varepsilon_{1} \cdot U}{d_{1} \cdot \varepsilon_{2} + d_{2} \cdot \varepsilon_{1}}. \]

Если удалить первый диэлектрик, то изменится (уменьшится в ε1 раз) электроемкость конденсатора C1 (рис. 3). Так как система отключена от батареи, то при изменении электроемкости одного конденсатора общий заряд остается прежним.

Электроемкость второго конденсатора C2 не изменяется, поэтому при неизменном заряде, не изменяются напряжение и, следовательно, напряженность во втором диэлектрике.
Таким образом, изменение напряженности электрического поля во втором диэлектрике равно нулю.

2 способ см. здесь (http://www.web-physics.ru/smf/index.php/topic,5386.msg19276.html#msg19276).
: Re: Конденсатор заполнен двумя слоями диэлектрика
: irina68 06 January 2011, 15:24
Ааааааагромное спасибо!  :)