Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 4873
2017-11-07 
Счастливый изобретатель принес на суд очередной проект вечного двигателя. Он выглядит так: возьмем заряженный плоский конденсатор, имеющий посредине небольшое отверстие. Поместим его в однородное поле постоянного магнита направленное параллельно пластинам конденсатора (см. рис.). В одно из отверстий поместим маленький заряженный шарик. Под действием поля внутри конденсатора шарик станет разгоняться и вылетит наружу через противоположное отверстие, имея энергию $qU$.
Вне пластин конденсатора электрическое поле практически отсутствует. Под действием магнитного поля, которое заставит его описать круг, он снова вернется ко входному отверстию. С каждым новым оборотом энергия шарика будет увеличиваться на величину $qU$, и эту энергию можно использовать для совершения полезной работы. Конденсатор при этом не разряжается, и двигатель сможет работать неограничено долго, черпая энергию из ничего. Смогли бы вы разъяснить этому человеку его ошибку?
Решение:
Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, всегда перпендикулярна направлению его движения, и поэтому совершаемая магнитным полем работа всегда равна нулю. Роль магнитного поля чисто служебная — вернуть заряд в исходную точку. Работу над зарядом могут совершать лишь электростатические силы, создаваемые зарядами, расположенными на пластинах конденсатора. Работа электростатических сил может быть выражена формулой
$A = q( \phi_{1} - \phi_{2})$.
Наш заряд, совершив круг, возвращается в исходную точку. Следовательно,
$\phi_{1} = \phi_{2}, A = 0$.
Ошибка изобретателя заключается в том, что, хотя поле вне конденсатора гораздо слабее, чем внутри него (практически отсутствует), оно действует на значительно более протяженной внешней траектории заряда, причем именно так, чтобы полная работа по любому замкнутому контуру в точности равнялась нулю.
Счастливый изобретатель принес на суд очередной проект вечного двигателя. Он выглядит так: возьмем заряженный плоский конденсатор, имеющий посредине небольшое отверстие. Поместим его в однородное поле постоянного магнита направленное параллельно пластинам конденсатора (см. рис.). В одно из отверстий поместим маленький заряженный шарик. Под действием поля внутри конденсатора шарик станет разгоняться и вылетит наружу через противоположное отверстие, имея энергию $qU$.
Вне пластин конденсатора электрическое поле практически отсутствует. Под действием магнитного поля, которое заставит его описать круг, он снова вернется ко входному отверстию. С каждым новым оборотом энергия шарика будет увеличиваться на величину $qU$, и эту энергию можно использовать для совершения полезной работы. Конденсатор при этом не разряжается, и двигатель сможет работать неограничено долго, черпая энергию из ничего. Смогли бы вы разъяснить этому человеку его ошибку?
Решение:
Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, всегда перпендикулярна направлению его движения, и поэтому совершаемая магнитным полем работа всегда равна нулю. Роль магнитного поля чисто служебная — вернуть заряд в исходную точку. Работу над зарядом могут совершать лишь электростатические силы, создаваемые зарядами, расположенными на пластинах конденсатора. Работа электростатических сил может быть выражена формулой
$A = q( \phi_{1} - \phi_{2})$.
Наш заряд, совершив круг, возвращается в исходную точку. Следовательно,
$\phi_{1} = \phi_{2}, A = 0$.
Ошибка изобретателя заключается в том, что, хотя поле вне конденсатора гораздо слабее, чем внутри него (практически отсутствует), оно действует на значительно более протяженной внешней траектории заряда, причем именно так, чтобы полная работа по любому замкнутому контуру в точности равнялась нулю.
