Решение: Диэлектрик в конденсаторе
Две плоские пластины конденсатора, закреплённые на изолирующих штативах, расположили на небольшом расстоянии друг от друга и соединили одну пластину с заземлённым корпусом, а другую со стержнем электрометра. Затем пластину, соединённую со стержнем электрометра, зарядили. Объясните, опираясь на известные Вам законы, как изменяются показания электрометра при внесении между пластинами диэлектрической пластины. Отклонение стрелки электрометра пропорционально разности потенциалов между пластинами.
Решение по шагам
4 шагаПосле зарядки пластина, соединённая со стержнем электрометра, изолирована от внешней цепи, поэтому её заряд $q$ не изменяется. Заземление другой пластины фиксирует её потенциал.
$$q = \mathrm{const}$$При внесении диэлектрика между пластинами относительная диэлектрическая проницаемость среды становится больше единицы, поэтому ёмкость конденсатора возрастает.
$$C = \varepsilon_0\varepsilon_r\dfrac{S}{d}, \qquad \varepsilon_r > 1$$Так как заряд остаётся постоянным, увеличение ёмкости приводит к уменьшению разности потенциалов между пластинами.
$$U = \dfrac{q}{C}$$Отклонение стрелки электрометра пропорционально разности потенциалов, следовательно, стрелка отклонится на меньший угол, то есть показания электрометра уменьшатся.
При внесении диэлектрика ёмкость конденсатора увеличивается, заряд изолированной пластины остаётся постоянным, поэтому разность потенциалов между пластинами и отклонение стрелки электрометра уменьшаются.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Считать, что заряд пластины изменяется при внесении диэлектрика.
Утверждать, что напряжение увеличивается вместе с ёмкостью.
Не учитывать, что отклонение стрелки пропорционально разности потенциалов.