2017-04-30
В плоский воздушный конденсатор с расстоянием $d$ между пластинами вводится параллельно им диэлектрическая пластинка, толщина которой $d_{1} < d$. Определить емкость конденсатора, если диэлектрическая проницаемость материала пластинки - $\epsilon$ , площадь пластин и пластинки - $S$.
Решение:
Предположим, что на обкладки конденсатора с диэлектриком подано напряжение. Электрическое поле проникает в диэлектрик, что приводит к возникновению связанных зарядов на егo поверхности. Если поверхность пластинки покрыть очень тонким проводящим слоем, то, как показано в задаче 3128, на его поверхностях появятся заряды противоположных знаков. Электрическое поле в конденсаторе не изменится, как не изменится и его емкость. В этом случае образуются три последовательно соединенных конденсатора, емкости которых: $C_{1} = \frac{ \epsilon_{0} S}{ x}, C_{2} = \frac{ \epsilon \epsilon_{0} S}{d_{1}}, C_{3} = \frac{ \epsilon_{0} S}{d - d_{1} - x}$. (рис.). Общую емкость $C$ находим по формуле:
$\frac{1}{C} = \frac{1}{C_{1}} + \frac{1}{C_{2}} + \frac{1}{C_{3}} = \frac{x}{ \epsilon_{0} S} + \frac{d_{1}}{ \epsilon \epsilon_{0} S} + \frac{d - d_{1} -x}{ \epsilon_{0}S} = \frac{d - d_{1}}{ \epsilon_{0}S} + \frac{d_{1}}{ \epsilon \epsilon_{0} S} = \frac{ \epsilon d + (1 - \epsilon)d_{1}}{ \epsilon \epsilon_{0} S} \Rightarrow C = \frac{ \epsilon \epsilon_{0} S}{ \epsilon d + (1- \epsilon) d_{1}}$.
Емкость конденсатора с диэлектрической пластинкой не зависит от х, т. е. от того, где введена пластинка.