РУҚА
21

Решение: Изменение энергии конденсатора

ЕГЭ · Физика · Задание 21 · Электростатика и конденсаторы
ПовышеннаяФИПИC7DA11Развёрнутое решение≈ 8 минутРазбор в 5 шагов
Условие

Плоский воздушный конденсатор электроёмкостью $C = 10\ нФ$ подключили к источнику постоянного напряжения $U = 10\ В$. После полной зарядки конденсатор отсоединили от источника напряжения. Определите изменение энергии этого конденсатора, если расстояние между его обкладками увеличить на $20\%$.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

5 шагов
1

До отключения конденсатор заряжен до напряжения $U$. Его начальная энергия равна:

$$W_1 = \frac{CU^2}{2}$$
2

Подставим значения величин:

$$W_1 = \frac{10 \cdot 10^{-9} \cdot 10^2}{2} = 5 \cdot 10^{-7}\ \text{Дж}$$
3

После отключения заряд конденсатора не изменяется. При увеличении расстояния между обкладками на $20\%$ расстояние становится равным $1{,}2d$, поэтому электроёмкость уменьшается в $1{,}2$ раза:

$$C_2 = \frac{C_1}{1{,}2}$$
4

При постоянном заряде энергия обратно пропорциональна электроёмкости, следовательно, она увеличивается в $1{,}2$ раза:

$$W_2 = 1{,}2W_1$$

Изменение энергии конденсатора равно:

$$\Delta W = W_2 - W_1 = 0{,}2W_1 = 0{,}2 \cdot 5 \cdot 10^{-7} = 1 \cdot 10^{-7}\ \text{Дж}$$
Ответ

Энергия конденсатора увеличится на $1 \cdot 10^{-7}\ \text{Дж}$.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать напряжение постоянным после отключения конденсатора от источника.

Использовать зависимость энергии $W = \frac{CU^2}{2}$ при неизменном напряжении после отключения.

Указать уменьшение энергии, хотя при постоянном заряде уменьшение электроёмкости приводит к увеличению энергии.

Закрепить приёмВ теме «Электростатика и конденсаторы» ещё 120 задач — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 21 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 5 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Электростатика и конденсаторы»: в ней 121 задача, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.