21 задание ЕГЭ 2024 физика
Плоский воздушный конденсатор подключили к источнику постоянного напряжения и зарядили, а затем отключили от источника. После этого уменьшили расстояние между его пластинами в 1,5 раза. Во сколько раз при этом изменилась энергия электрического поля, накопленная конденсатором? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Разбор задания
1. Электроемкость плоского воздушного конденсатора определяется соотношением
C1 = ε0S/d
ε0 — электрическая постоянная
S — площадь пластин конденсатора
d — расстояние между пластинами
При уменьшении расстояния между пластинами конденсатора в 1,5 раза его электроемкость согласно формуле увеличивается в 1,5 раза.
C2 = ε0S/d2 = 1,5ε0S/d = 1,5C1
2. Поскольку конденсатор изолирован, согласно закону сохранения электрического заряда его заряд остается постоянным: q = const.
3. Энергия конденсатора определяется в двух состояниях соотношениями
W1 = q2/2C1 и W2 = q2/2C2 = q2/3C1 = W1/1,5
4. Таким образом, при уменьшении расстояния между пластинами конденсатора накопленная в нем энергия уменьшается в 1,5 раза.