Задача 3. - Решение задач по теме: «Физические основы электродинамики»

 Энергия плоского воздушного конденсатора 0,4 нДж, разность потенциалов на обкладках 600 В, площадь пластин 1 см2. Определить расстояние между обкладками, напряжённость и объёмную плотность энергии поля конденсатора.

Дано: Wэ = 0,4 нДж, U = 600 В, S = 1 см2.

Найти: d, Е, wэ.

Решение. Энергия Wэ плоского воздушного конденсатора определяется по формуле:                                              ,                                                    (1)

где e – диэлектрическая проницаемость среды, e0 = 8,85×10-12 Ф/м – электрическая постоянная, Е – напряжённость однородного электрического поля между обкладками конденсатора, V – объём пространства между обкладками.

Напряжённость Е однородного электрического поля между обкладками конденсатора определяется соотношением:

,                                                            (2)

где U – разность потенциалов на обкладках, d – расстояние между обкладками.

Объём V пространства между обкладками можно выразить через площадь S пластин и расстояние d между ними:

.                                                          (3)

Подставляя (2) и (3) в (1), с учётом того, что для воздуха e » 1, получаем:

,

Откуда                                              ;

=0,4 м.

Напряжённость Е находим, используя соотношение (2):

= 1500 В/м.

Объёмную плотность энергии поля конденсатора wэ находим делением энергии Wэ на объём :

;

=10-5 Дж/м3 = 100 мДж/м3.