Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 15013
2021-03-13 
Найдите силу электростатического взаимодействия между обкладками плоского воздушного конденсатора через достаточно большой промежуток времени после замыкания ключа К в схеме, показанной на рисунке. Площадь каждой обкладки конденсатора $S$. Внутренним сопротивлением батареи пренебречь, диод D считать идеальным. Емкость конденсатора, ЭДС батареи и сопротивления резисторов указаны на рисунке.
Решение:
Положим потенциал отрицательной клеммы батареи равным нулю. Тогда в момент замыкания ключа потенциал катода диода станет равным $\mathcal{E}$, потенциал же анода диода ниже, значит, диод будет заперт. По условию задачи диод следует считать идеальным, т.е. в запертом состоянии диод ток не проводит и емкость между его выводами равна нулю. Следовательно, в момент замыкания ключа потенциал анода диода будет равен $\mathcal{E}/3$.
После замыкания ключа через резистор сопротивлением $2R$, подключенный к конденсатору, начнет протекать ток, которым будет заряжаться конденсатор. По прошествии некоторого промежутка времени потенциал анода диода превысит потенциал его катода, и диод откроется. Начиная с этого момента, резисторы сопротивлением $2R$ можно считать соединенными параллельно, а после заряда конденсатора разность потенциалов между его обкладками станет равной падению напряжения на резисторе сопротивлением $4R$. В соответствии с законом Ома, это разность потенциалов будет равна $\Delta \phi = \frac{4R}{5R} \mathcal{E} = 0,8 \mathcal{E}$, а установившийся заряд любой обкладки конденсатора по модулю станет равным $q = C \Delta \phi$. Поскольку конденсатор плоский, то напряженность электростатического поля, создаваемого зарядами одной из его пластин в любой точке между ними, следует считать постоянной и равной по модулю $E = \frac{1}{2} \frac{ \Delta \phi}{d}$, где $d$ - расстояние между обкладками конденсатора, которое можно найти из выражения емкости плоского воздушного конденсатора: $C = \frac{ \epsilon_{0}S}{d}$.
Итак, между пластинами конденсатора через достаточно большое время после замыкания ключа будет действовать электростатическая сила взаимного притяжения, модуль которой равен
$F = Eq = \frac{C \Delta \phi^{2} }{2d} = \frac{0,32C^{2} \mathcal{E}^{2}}{ \epsilon_{0}S }$.
Найдите силу электростатического взаимодействия между обкладками плоского воздушного конденсатора через достаточно большой промежуток времени после замыкания ключа К в схеме, показанной на рисунке. Площадь каждой обкладки конденсатора $S$. Внутренним сопротивлением батареи пренебречь, диод D считать идеальным. Емкость конденсатора, ЭДС батареи и сопротивления резисторов указаны на рисунке.
Решение:
Положим потенциал отрицательной клеммы батареи равным нулю. Тогда в момент замыкания ключа потенциал катода диода станет равным $\mathcal{E}$, потенциал же анода диода ниже, значит, диод будет заперт. По условию задачи диод следует считать идеальным, т.е. в запертом состоянии диод ток не проводит и емкость между его выводами равна нулю. Следовательно, в момент замыкания ключа потенциал анода диода будет равен $\mathcal{E}/3$.
После замыкания ключа через резистор сопротивлением $2R$, подключенный к конденсатору, начнет протекать ток, которым будет заряжаться конденсатор. По прошествии некоторого промежутка времени потенциал анода диода превысит потенциал его катода, и диод откроется. Начиная с этого момента, резисторы сопротивлением $2R$ можно считать соединенными параллельно, а после заряда конденсатора разность потенциалов между его обкладками станет равной падению напряжения на резисторе сопротивлением $4R$. В соответствии с законом Ома, это разность потенциалов будет равна $\Delta \phi = \frac{4R}{5R} \mathcal{E} = 0,8 \mathcal{E}$, а установившийся заряд любой обкладки конденсатора по модулю станет равным $q = C \Delta \phi$. Поскольку конденсатор плоский, то напряженность электростатического поля, создаваемого зарядами одной из его пластин в любой точке между ними, следует считать постоянной и равной по модулю $E = \frac{1}{2} \frac{ \Delta \phi}{d}$, где $d$ - расстояние между обкладками конденсатора, которое можно найти из выражения емкости плоского воздушного конденсатора: $C = \frac{ \epsilon_{0}S}{d}$.
Итак, между пластинами конденсатора через достаточно большое время после замыкания ключа будет действовать электростатическая сила взаимного притяжения, модуль которой равен
$F = Eq = \frac{C \Delta \phi^{2} }{2d} = \frac{0,32C^{2} \mathcal{E}^{2}}{ \epsilon_{0}S }$.
