Какая работа выполняется внешней силой при удвоении расстояния между пластинами заряженного до 300 В конденсатора, отключенного от источника тока, если его заряд составляет 100 мкКл?
Исчерпывающий ответ:
Описание: Когда расстояние между пластинами конденсатора удваивается, мы изменяем его емкость и потенциальную энергию. Работа внешней силы – это энергия, необходимая для перемещения заряженных пластин конденсатора при изменении его конфигурации.
Для решения задачи нужно использовать формулу для работы, связанной с конденсатором. Работа (W) внешней силы, необходимая для перемещения пластин конденсатора, можно вычислить по формуле:
W = (1/2) * C * ΔV^2,
где С — ёмкость конденсатора, ΔV — изменение напряжения на конденсаторе при его изменении.
В данной задаче мы знаем, что заряд конденсатора составляет 100 мкКл (10^-4 Кл), а напряжение равно 300 В. Мы также знаем, что удваивается расстояние между пластинами.
Чтобы найти работу внешней силы, мы должны сначала найти новое значение ёмкости конденсатора, а затем использовать формулу.
Емкость (C) конденсатора можно найти, используя формулу:
C = Q / V,
где Q — заряд конденсатора, V — напряжение на конденсаторе.
Подставляя значения, получаем:
C = (10^-4 Кл) / (300 В).
C ≈ 3.33 * 10^-7 Ф (Фарад).
Теперь, когда у нас есть новая ёмкость, можем вычислить работу, используя формулу:
W = (1/2) * C * ΔV^2,
где ΔV – изменение напряжения, равное 300 В (новое значение) минус 300 В (старое значение).
W = (1/2) * (3.33 * 10^-7 Ф) * (300 В — 300 В)^2.
Поскольку изменение напряжения равно нулю (300 В — 300 В = 0), работа (W) внешней силы при удвоении расстояния между пластинами конденсатора также будет равна нулю.
Совет: При решении задач, связанных с конденсаторами, полезно использовать формулу для работы (W). Важно помнить, что работа внешней силы может быть нулевой, если нет изменения напряжения или заряда на конденсаторе.
Задание: Какая работа будет выполнена внешней силой, если вместо удвоения расстояния между пластинами конденсатора мы увеличим его заряд в 2 раза при постоянной емкости и напряжении на конденсаторе? Ответ дайте в электрических джоулях.