2018-03-18
Между пластинами плоского конденсатора, включенного в цепь, показанную на рисунке, находится в покое частица с массой $m$ и зарядом $q$. Через время $t$ после замыкания ключа скорость частицы стала равной $V$. Чему равен в этот момент заряд $Q$ конденсатора? Расстояние $d$ между пластинами задано; влиянием силы тяжести и перераспределением зарядов на пластинах из-за действия заряда $q$ самой частицы пренебречь.
Решение:
Запишем второй закон Ньютона для частицы:
$m \frac{ \Delta V }{ \Delta t} = q \frac{U}{d}$,
где $U$ — разность потенциалов на конденсаторе. Подставляя выражение для $U$ из закона Ома
$U = E - IR$
и домножая обе части уравнения движения частицы на $\Delta t$, приходим к соотношению
$m \Delta V = \frac{q}{d}E \Delta t - \frac{q}{d}IR \Delta t$.
Учитывая, что начальная скорость частицы и начальный заряд на пластинах конденсатора равнялись нулю, после суммирования в левой и правой частях уравнения получаем
$mV = \frac{q}{d} \left ( Et - QR \right )$.
Отсюда искомый заряд равен
$Q = \frac{1}{R} \left ( Et - \frac{mVd}{q} \right )$.