Консультация № 194314
29.12.2018, 13:24
0.00 руб.
1 9 1
Здравствуйте! У меня возникли сложности с таким вопросом:

В плоский конденсатор вставлена параллельно его обкладкам плоская проводящая пластина с зарядом Q. Конденсатор подсоединён к источнику с ЭДС E. Площади пластины и обкладок конденсатора равны S каждая. Расстояния от пластины до обкладок d и 4d. Найти заряды обкладок.
Прикрепленные файлы:
1d331429c031134683bef067c35dd3a22261d408.png

Обсуждение

давно
Посетитель
401613
27
29.12.2018, 13:24
общий
Проверьте, пожалуйста, решение!
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
01.01.2019, 16:54
общий
это ответ
Здравствуйте, Zarefo10!
Пусть q - заряд правой по схеме обкладки. Тогда заряд левой будет -q , тк заряд в значительных количествах не может накапливаться на соединительных проводах и в источнике. Толщина пластины НЕ указана в условии задачи, поэтому, считаем пластину бесконечно тонкой, а диэлектрик конденсатора - воздух с относительной диэлектрической проницаемостью [$949$]=1 .
Разность потенциалов [$966$]1 - [$966$]3 между точками 1 и 3 равна [$958$] (=приложенная извне ЭДС).
Поэтому : ([$966$]1 - [$966$]2) + ([$966$]2 - [$966$]3) = [$958$] (1).

У нас [$966$]1 - [$966$]2 = Eа·d , [$966$]2 - [$966$]3 = Eк·4d
Здесь Eа и Eк - напряженности результирующего электрического поля.
Значит, Eа·d + Eк·4d = [$958$] (2)

По принципу суперпозиции полей
Eа = q / (2·[$949$]0·S) - Q / (2·[$949$]0·S) - (-q) / (2·[$949$]0·S) = (2q - Q) / (2·[$949$]0·S)
Eк = q / (2·[$949$]0·S) + Q / (2·[$949$]0·S) - (-q) / (2·[$949$]0·S) = (2q + Q) / (2·[$949$]0·S)

Подставим выражения для Eа и Eк в уравнение (2) и умножим обе части уравнения на 2·[$949$]0·S / d .
Получим 2q - Q + 8q + 4Q = (2·[$949$]0·S)·[$958$] / d
Искомый заряд правой обкладки q = (2·[$949$]0·S)·[$958$] / d - 3Q) / 10 = 0,2·[$949$]0·S·[$958$] / d - 0,3Q
Искомый заряд левой обкладки равен -q = 0,3Q - 0,2·[$949$]0·S·[$958$] / d
Тут [$949$]0 - электрическая постоянная, численно равная 8,854187817·10-12 Ф/м .

Проверим верность решения. Для проверки заметим, что [$949$]0·S / 5d = C - ёмкость исходного конденсатора без пластины. Тогда q = C·[$958$] - 0,3Q . И при вставке НЕзаряженной пластины (с Q=0) мы получаем формулу q = C·[$958$] , классически-связывающую заряд с ёмкостью обычного конденсатора.
см также Решебник с пояснениями похожей задачи.
5
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
02.01.2019, 07:39
общий
Адресаты:
Вы просили "Проверьте, пожалуйста, решение!" - Ваше решение ошибочно. Даже упрощённая проверка при Q=0 (вставленная пластина НЕ заряжена) показывает, что Ваше выражение для итогового q= имеет удвоенное значение заряда против классического выражения
q = [$949$]0·S·[$958$] / 5d
давно
Посетитель
402663
4
04.01.2019, 13:08
общий
04.01.2019, 13:12
Адресаты:
Здравствуйте!
Ваша запись:
По принципу суперпозиции полей
Eа = q / (2·?0·S) - Q / (2·?0·S) - (-q) / (2·?0·S) = (2q - Q) / (2·?0·S)
Eк = q / (2·?0·S) + Q / (2·?0·S) - (-q) / (2·?0·S) = (2q + Q) / (2·?0·S)

Скажите, пожалуйста, а почему когда мы проецируем напряженность отрицательно заряженной пластины конденсатора (левой пластины) мы ставим знак '-'? Ведь линии напряженности отрицательно заряженной пластины входят в пластину и поэтому по идее должен быть '+'.
давно
Посетитель
401613
27
04.01.2019, 15:33
общий
Адресаты:
Спасибо за помощь, Владимир Николаевич! Выручили!
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
04.01.2019, 15:44
общий
Адресаты:
Поскольку Ваше внимание и выделение красным цветом касается именно отрицательной пластины и НЕ касается дополнительно-вставленной пластины с зарядом Q, то для упрощения понимания почитайте упрощённую задачу "Электроёмкость. Конденсаторы" , где в самом обычном конденсаторе происходит такое же векторное сложение напряжённостей от обеих пластин по такому же принципу суперпозиции. В результате итоговая напряжённость (от обеих пластин) удваивается (а не взаимо-уничтожается).
давно
Посетитель
402663
4
04.01.2019, 16:10
общий
Адресаты:

Я ознакомился. Но тогда не кажется ли вам, что было бы правильней писать так:

Eа = q / (2·?0·S) - Q / (2·?0·S) +|-q| / (2·?0·S) = (2q - Q) / (2·?0·S)
Eк = q / (2·?0·S) + Q / (2·?0·S) + |-q| / (2·?0·S) = (2q + Q) / (2·?0·S)

Потому что, записывая проекции, по логике вещей, проекция напряженности левой пластины на ось, направленную влево, будет иметь положительный знак, т.к. линии напряженности входят в левую пластину. А заряд мы берём по модулю, потому что берём модуль напряженности.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
04.01.2019, 16:53
общий
Адресаты:
Если Вашу запись "2·?0·S" понимать как 2·[$949$]0·S , то в правых частях Ваших уравнений результат такой же, как в моём Ответе. В таком случае, что именно Вы оспариваете? Необходимость применения операции модуля в промежуточных выкладках?

"не кажется ли вам, что было бы правильней писать" - когда я писал в той форме, как мне кажется более правильным (как меня учили 45 лет назад), мне возвращали замечания, что сейчас принята несколько другая форма. Поэтому я вынужден использовать стиль, принятый в современных решебниках. В данном случае я использовал образец с ресурса school.mipt.ru/FileDown.asp?ItemId=610 с пояснениями похожей задачи.

Если в Вашем учебном заведении требуют применение модуля, значит, для Вас правильнее будет Ваше предложение. Главное, понять суть и получить правильный результат, не так ли?

Для получения возможности использовать BBCode греческих букв, нажмите "Ещё кнопки" (правее поля "Кому"), затем кликните "панель рассылки".
давно
Посетитель
402663
4
04.01.2019, 16:59
общий
Адресаты:


Вас понял, благодарю за пояснения!
Форма ответа