На рисунке изображена схема электрической цепи, в состав которой входят последовательно соединенные резистор, незаряженный плоский конденсатор, высоковольтный источник постоянного напряжения с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением и разомкнутый ключ. Напряжение источника
площадь пластин конденсатора
расстояние между пластинами
Ключ замыкают и дожидаются зарядки конденсатора. Затем, не размыкая ключа, все пространство между обкладками конденсатора очень медленно заполняют дистиллированной водой, которая не проводит электрический ток и обладает диэлектрической проницаемостью
Какую работу совершают внешние силы в процессе заполнения конденсатора водой? Считайте, что
1. После замыкания ключа конденсатор зарядится до напряжения U и приобретет заряд где
— электрическая емкость конденсатора в отсутствие диэлектрика между пластинами.
2. После заполнения пространства между пластинами конденсатора водой емкость конденсатора увеличится и станет равна Напряжение на конденсаторе не изменится, поэтому его заряд возрастет до величины
3. При дозарядке конденсатора через источник протечет заряд:
Поэтому источник совершит работу:
4. Поскольку процесс дозарядки происходит очень медленно, то теплота в резисторе не выделяется. Поэтому, согласно закону сохранения энергии для замкнутой электрической цепи, работа источника и работа внешних сил расходуются на изменение энергии конденсатора:
Отсюда:
Ответ: −0,4 мДж.

