Плоский конденсатор подключили к источнику тока, а затем пространство между пластинами конденсатора заполнили жидким диэлектриком. Что произойдет при этом с электроемкостью конденсатора, напряжением на его обкладках и энергией конденсатора?

Когда плоский конденсатор подключен к источнику постоянного тока, а затем пространство между его пластинами заполняется жидким диэлектриком, происходят следующие изменения:

1. Электроёмкость конденсатора (C):

Электроёмкость конденсатора увеличивается. Это связано с тем, что в диэлектрике поляризуются молекулы, которые создают внутри материала электрическое поле, направленное против внешнего поля. В результате эффективное поле между пластинами ослабевает, и для создания того же заряда требуется меньшая напряжённость. Формула электроёмкости в общем виде:

где:

• $\varepsilon$ — относительная диэлектрическая проницаемость материала,
• $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная,
• $S$ — площадь пластин,
• $d$ — расстояние между пластинами.

При заполнении диэлектриком $\varepsilon > 1$, что приводит к увеличению $C$.

2. Напряжение на обкладках (U):

Напряжение $U$ остаётся неизменным. Поскольку конденсатор подключён к источнику постоянного напряжения, напряжение на его пластинах поддерживается постоянным. Источник тока компенсирует любые изменения в системе, обеспечивая постоянный потенциал между обкладками.

3. Энергия конденсатора (W):

Энергия конденсатора рассчитывается по формуле:

Поскольку напряжение $U$ остаётся постоянным, а электроёмкость $C$ увеличивается, энергия конденсатора также возрастает. Это означает, что источник тока выполняет работу по заряду конденсатора, чтобы поддерживать постоянное напряжение, что приводит к увеличению запаса энергии в системе.

Итог:

1. Электроёмкость $C$ увеличивается.
2. Напряжение $U$ остаётся постоянным.
3. Энергия $W$ увеличивается.

Этот процесс показывает, как свойства диэлектрика (его диэлектрическая проницаемость) напрямую влияют на параметры конденсатора.