3. Конденсатори. Енергія електричного поля

Усна розминка

1. Коли конденсатор підключили до джерела постійної напруги, одна з його обкладок отримала заряд 20 нКл. Чому дорівнює: а) заряд конденсатора; б) сумарний заряд обох обкладок?

2. Чи правильне твердження: під зарядом конденсатора розумі­ють суму зарядів його обкладок?

3. Чи зміниться електроємність конденсатора, якщо напругу на ньому збільшити вдвічі?

4. На корпусі конденсатора написано «10 мкФ, 12 В». Що озна­чають ці величини?

5. У скільки разів зміниться електроємність плоского конден­сатора, якщо зменшити робочу площу пластин у 3 рази?

6. Відстань між пластинами плоского конденсатора зменшили у 2 рази. Як змінилася електроємність конденсатора?

7. Які досліди підтверджують, що електричне поле має енергію?

8. Як зміниться енергія електричного поля внаслідок віддалення різнойменно заряджених ізольованих одна від одної пластин?

9. Як зміниться електроємність плоского конденсатора, якщо за­мінити діелектрик між пластинами: замість паперу, просоченого парафіном, використовувати слюду?

10. Яку небезпеку становлять знеструмлені кола з конденсато­рами? Що треба зробити після розмикання такого кола?

Перший рівень

11. Яка електроємність конденсатора, заряд якого дорівнює 20 мКл за різниці потенціалів між обкладками 2 кВ?

12. Якого заряду потрібно надати конденсатору електроємні­стю 1 мкФ, щоб різниця потенціалів між його пластинами до­рівнювала 50 В?

13. Яка різниця потенціалів між обкладками конденсатора електроємністю 2000 пФ, якщо заряд конденсатора дорівнює 4 нКл?

14. На корпусі конденсатора написано «100 пФ, 300 В». Чи можна застосувати цей конденсатор для накопичення заряду 50 нКл?

15. Визначте електроємність плоского повітряного конденсато­ра з площею обкладок ЗО м², якщо відстань між обкладками 0,15 мм.

16. Площа пластин слюдяного конденсатора 15 см², а відстань між ними 0,2 мм. Визначте електроємність конденсатора.

17. Визначте електроємність плоского конденсатора, що скла­дається з двох круглих пластин діаметром 20 см, розділених шаром парафіну товщиною 1 мм.

18. Плоский конденсатор являє собою слюдяну пластинку товщи­ною 0,14 см і площею 36 см², на протилежні грані якої нанесено шари металу. Чому дорівнює електроємність конденсатора? Який заряд конденсатора, якщо напруга на ньому дорівнює 300 В?

19. Яку площу мав би плоский повітряний конденсатор електро­ємністю 0,885 Ф з відстанню між обкладками 1 мм?

3.20. Визначте енергію електричного поля конденсатора, заряд якого дорівнює 20 нКл, а напруга між пластинами 300 В.

3.21. Визначте енергію електричного поля конденсатора елект­роємністю 0,5 мкФ, заряд якого дорівнює 10 мкКл.

22. Визначте енергію електричного поля конденсатора електро­ємністю 2 мкФ, зарядженого до напруги 200 В.

23. Конденсатор електроємністю 5 мкФ заряджений до напруги . 600 В. Обкладки конденсатора з'єднують через резистор. Визнач­те кількість теплоти» яка виділиться в резисторі.

3.24. Імпульсна лампа фотоспалаху споживає за один спалах 36 Дж електричної енергії. До якої напруги заряджають конденсатор електроємністю 800 мкФ, що живить спалах?

Другий рівень

25. Різниця потенціалів між пластинами плоского повітряного конденсатора 150 В. Площа кожної пластини 120 см², а заряд 5 нКл. Яка відстань між пластинами?

26. Яка напруженість електричного поля всередині плоского повітряного конденсатора, якщо його заряд дорівнює 0,5 мкКл, а площа пластин 500 см²?

27. Який заряд плоского конденсатора електроємністю 20 пФ, якщо напруженість поля між пластинами дорівнює 50 кВ/м, а відстань між пластинами 5 мм?

28. Об'єм плоского повітряного конденсатора 424 см³, а його електроємність 150 пФ. Визначте відстань між пластинами конденсатора.

3.29. ? Плоский конденсатор під'єднали до джерела постійної на­пруги. Як зміняться заряд конденсатора, різниця потенціалів між обкладками і напруженість поля всередині конденсатора, якщо відстань між обкладками збільшити у 2 рази: а) не від­ключаючи джерела напруги; б) попередньо відключивши дже­рело?

30. Плоский повітряний конденсатор зарядили та відключили від джерела напруги. У скільки разів зміняться заряд і напруга на обкладках конденсатора, якщо простір між обкладками за­повнити парафіном?

31. ? Діелектриком у плоскому конденсаторі служить пластинка слюди площею 800 см² і товщиною 4 мм. Конденсатор підклю­чили до джерела напруги 400 В. Який заряд протече по колу, якщо пластинку витягти?

32. Два конденсатори з електроємностями С₁ і С₂ з'єднані: а) паралельно; б) послідовно. Визначте електроємність батареї конденсаторів.

33. Два конденсатори з електроємностями 4 і 6 мкФ з'єднані: а) паралельно; б) послідовно. Визначте електроємність батареї конденсаторів.

3 .34. Два конденсатори мають електроємності 2 і 3 мкФ. Батареї якої електроємності можна виготовити з цих конденсаторів?

3.35. Визначте електроємність батареї конденсаторів (див. рисунок), якщо C₁ = C₂ = 2000 пФ і С₃ = 500 пФ.

36. Визначте електроємність батареї конденсаторів (див. рисунок), якщо С₁ = 0,1 мкФ, С₂ = ,4 мкФ і С₃ = 0,52 мкФ.

37. . Визначте електроємність батареї конденсаторів (див. рисунок), якщо електроємність кожного конденсатора дорівнює 60 мкФ.

38. Визначте електроємність батареї конденсаторів (див. рисунок), якщо С₁=С₄= 2 мкФ, С₂=4мкФ, С₃ =1 мкФ, С₅=6 мкФ.

39. Конденсатори електроємністю 10 і 15 мкФ з'єднані послі­довно. Порівняйте: а) напруги на цих конденсаторах; б) енергії електричного поля цих конденсаторів.

40. Конденсатори електроємністю 2 і 5 мкФ з'єднані паралельно. Порівняйте: а) заряди цих конденсаторів; б) енергії електричного поля цих конденсаторів.

41. Конденсатори електроємністю С₁ і С₂ з'єднали послідовно і під’єднали до джерела (див. рисунок) з напругою Який заряд одержить від джерела батарея конденсаторів? Визначте заряд обкладки А; сумарний заряд обкладок А і В.

42. Визначте електроємність конденсатора, якщо за різниці по­тенціалів на обкладках 1000 В енергія його електричного поля дорівнює 10 Дж.

43. Визначте електроємність конденсатора, якщо за різниці по­тенціалів на обкладках 400 В енергія його електричного поля дорівнює 12 Дж.

44. Перед грозою напруженість електричного поля в повітрі ся­гає 50 кВ/м. Яка при цьому густина енергії електричного поля?

45. Відстань між пластинами плоского конденсатора з діелект­риком із паперу, просоченого парафіном, дорівнює 2 мм, а на­пруга між пластинами 200 В. Визначте густину енергії поля.

46. Між обкладками плоского конденсатора міститься гас. Від­стань між обкладками дорівнює 1 см, напруга на конденса­торі 2 кВ. Яка густина енергії електричного поля всередині конденсатора?

Третій рівень

38. Конденсатор невідомої електроємності, заряджений до напруги 800 В, підключили паралельно до конденсатора електроємні­стю 4 мкФ, зарядженого до напруги 200 В. Яка електроємність першого конденсатора, якщо після з'єднання напруга на батареї дорівнює 400 В?

39. У скільки разів зміниться електроємність плоского конденсатора, якщо в нього ввести дві тонкі металеві пластини (див. рис. а)? Якщо з'єднати ці пластини проводом (див. рис. б)?

3.49. Конденсатор складається з трьох смужок фольги площею по 4 см², розділених шарами слюди товщиною 0,2 мм. Крайні смужки фольги з'єднані між собою (див. рисунок). Визначте електроємність конденсатора.

3 .50. Визначте заряди на кожному з конденсаторів (див. рисунок), якщо С₁ = 2мкФ, С₂= 4мкФ, С₃ = 6мкФ, U= 18 В.

51. Визначте електроємність С₀ батареї конденсаторів, яку зображено на рисунку.

52. Визначте заряд кожного з конденсаторів і різницю потен­ціалів між точками і) і Е (див. рисунок), якщо С₁ = С₂= С₃ = С, а С₄ = 4С. До точок А і В підведено постійну напругу U.

53. В изначте електроємності показаних на рисунках а-г систем, якщо всі конденсатори мають однакову електроємність С.

54. 3.54. На корпусах двох конденсаторів зазначено «10 мкФ, 12 В» і «20 мкФ, 12 В». Конденсатори з'єднані послідовно. До якого максимального значення можна збільшувати напругу на цій ділянці кола?