Номер 6, страница 151 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

6. Плоский воздушный конденсатор присоединён к источнику постоянного тока. Изменяется ли заряд конденсатора и напряжение на нём, если пространство между обкладками конденсатора заполнить диэлектриком?

Решение

Рассмотрим, как изменятся напряжение и заряд на конденсаторе при заполнении пространства между его обкладками диэлектриком.

Напряжение на конденсаторе
Согласно условию, конденсатор присоединён к источнику постоянного тока. Это означает, что источник поддерживает постоянную разность потенциалов (напряжение) на обкладках конденсатора. Пока конденсатор остаётся подключённым к этому источнику, напряжение на нём будет оставаться неизменным и равным напряжению источника $U$.

Заряд конденсатора
Заряд конденсатора $Q$ прямо пропорционален его электроёмкости $C$ и напряжению $U$ на его обкладках, что выражается формулой:
$Q = C \cdot U$
Электроёмкость плоского воздушного конденсатора (до введения диэлектрика) определяется по формуле:
$C_0 = \frac{\varepsilon_0 S}{d}$
где $\varepsilon_0$ — электрическая постоянная, $S$ — площадь обкладок, а $d$ — расстояние между ними.
Когда пространство между обкладками заполняют диэлектриком с диэлектрической проницаемостью $\varepsilon$, ёмкость конденсатора увеличивается в $\varepsilon$ раз:
$C = \varepsilon C_0$
Поскольку для любого диэлектрического материала диэлектрическая проницаемость $\varepsilon > 1$, ёмкость конденсатора возрастёт.
Так как напряжение $U$ на конденсаторе не изменилось, а его ёмкость $C$ увеличилась, то для сохранения равенства $Q = C \cdot U$ заряд на конденсаторе также должен увеличиться. Новый заряд $Q_{нов}$ будет в $\varepsilon$ раз больше первоначального заряда $Q_0$:
$Q_{нов} = C \cdot U = (\varepsilon C_0) \cdot U = \varepsilon (C_0 \cdot U) = \varepsilon Q_0$
Этот дополнительный заряд поступит на обкладки конденсатора от источника тока.

Ответ: Напряжение на конденсаторе не изменится, а заряд на нём увеличится.