Zadanie 7.3.2.1

 Zadanie 7.3.2.1

Kondensatory i dielektryk
Dwa takie same kondensatory połączono równolegle. Do jednego z nich włożono dielektryk o stałej dielektrycznej \(\varepsilon=3\). O ile zmieniła się pojemność zastępcza takiego układu po włożeniu dielektryka do jednego z kondensatorów? Czy zmieni się ilość ładunku gromadzonego na kondensatorze zastępczym w wymienionych dwóch przypadkach? Jeśli tak to o ile?

Informacja

Możesz zobaczyć odpowiedź klikając w przycisk "Odpowiedź" lub sprawdzać kolejne etapy rozwiązania, wybierając prawidłowe odpowiedzi. W rozwiązaniu znajdziesz wskazówki, obliczenia i objaśnienia.

Dane i szukane

Dane:
- pojemność dwóch kondensatorów \(C\),
- stała dielektryczna \(\varepsilon=3\).

Szukane:
- pojemność zastępcza dwóch kondensatorów bez dielektryka \(C_1\),
- pojemność zastępcza dwóch kondensatorów, z których jeden jest wypełniony dielektrykiem \(C_2\),
- ładunek zgromadzony przez kondensator zastępczy \(C_1\): \(Q_1\),
- ładunek zgromadzony przez kondensator zastępczy \(C_2\): \(Q_2\).

Odpowiedź

Po włożeniu dielektryka o stałej dielektrycznej \(\varepsilon=3\) do jednego z kondensatorów, pojemność zastępcza oraz zgromadzony ładunek wzrosną dwukrotnie.

Polecenie

 O ile zmieniła się pojemność zastępcza układu dwóch kondensatorów po włożeniu dielektryka do jednego z nich? Wybierz jedną prawidłową odpowiedź spośród dwóch.

Wybór 1 z 2

\(C_1=2C_2\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 2 z 2

\(C_2=2C_1\)

Odpowiedź prawidłowa

Rozwiązanie

Dwa kondensatory połączone równolegle można zastąpić jednym. W tym celu dodajemy ich pojemności.


\[C_1=C+C=2C\]
Po tym jak włożono do jednego z kondensatorów ebonit, sytuacja wygląda następująco:
 Rysunek

Stała dielektryczna ma wartość \(3\), dlatego pojemność kondensatora z dielektrykiem wzrośnie trzykrotnie. Tym razem pojemność zastępcza wynosi
\[C_2=C+3C=4C\]
Aby wyznaczyć o ile zmieniła się pojemność zastępcza układu dwóch kondensatorów, liczymy stosunek ich pojemności zastępczych.
\[\displaystyle{\frac{C_1}{C_2}=\frac{2C}{4C}=\frac{1}{2} }\]
\[2C_1=C_2\]

Polecenie

Czy zmieni się ilość ładunku gromadzonego na kondensatorze zastępczym w wymienionych dwóch przypadkach? Jeśli tak to o ile? Wybierz jedną prawidłową odpowiedź spośród trzech.

Wybór 1 z 3

Tak. Ładunek wynosi
\(Q_1=2Q_2\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 2 z 3

Tak. Ładunek wynosi
\(Q_2=2Q_1\)

Odpowiedź prawidłowa

Wybór 3 z 3

Nie. Ładunek wynosi
\(Q_1=Q_2\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Rozwiązanie

Ładunki na kondensatorach zastępczych \(C_1\) oraz \(C_2\) wynoszą

\(Q_1=C_1U=2CU\) oraz  \(Q_2=C_2U=4CU\)

Napięcie \(U\) jest takie samo, ponieważ zakładamy, że podłączamy kondensatory do tego samego źródła napięcia.

Stosunek pojemności wynosi
\[\displaystyle{\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{2CU}{4CU}=\frac{1}{2} }\]
\[Q_2=2Q_1\]

Odpowiedź

Po włożeniu dielektryka o stałej dielektrycznej \(\varepsilon=3\) do jednego z kondensatorów, pojemność zastępcza oraz zgromadzony ładunek wzrosną dwukrotnie.