group-telegram.com/mentor_it/1440
Last Update:
Заряд на пластинах измениться не может. Нижняя пластина заряжена и изолирована (соединена только с электрометром). Верхняя пластина соединена с корпусом электрометра, который заземлён, но цепь замкнута только через землю и не позволяет заряду стечь с самой системы пластин. Таким образом, заряд q на заряженной пластине (и равный ему по модулю заряд на второй пластине) сохраняется. Согласны? Если произведение C⋅U постоянно, то при уменьшении ёмкости, должно увеличиться напряжение.
⚡️ Интересен также следующий вопрос: Идёт ли по системе ток во время смещения пластин относительно друг друга?
Во время смещения верхней пластины идет ток в цепи заземления. Это связано с изменением распределения индуцированного заряда на верхней пластине. При уменьшении площади перекрытия часть силовых линий от нижней пластины замыкается на корпус электрометра (который заземлён), что приводит к уменьшению модуля заряда на верхней пластине. В результате электроны стекают с верхней пластины на землю (ток направлен от земли к пластине, если рассматривать движение положительных зарядов). Однако это не влияет на заряд нижней пластины, который остаётся постоянным. Изменение ёмкости и постоянство заряда обуславливают увеличение разности потенциалов, что и отражается в отклонении стрелки электрометра.
🔍 Но почему угол отклонения стрелки прямо пропорционален разности потенциалов U на обкладках конденсатора?
Электрометр — это не вольтметр в современном понимании (который использует магнитное поле). Его работа основана исключительно на электростатических силах.
1. Устройство: Внутри корпуса электрометра находится металлический стержень, на котором подвешена легкая металлическая стрелка (или два лепестка). Стержень изолирован от корпуса. Корпус часто заземляют, как в вашей задаче.
2. Физика отклонения: Когда на стержень подается электрический потенциал (например, от нижней пластины конденсатора), а корпус заземлен (потенциал корпуса равен 0), между стержнем и корпусом возникает разность потенциалов U.
— Эта разность потенциалов создает электрическое поле между стержнем (и соединенной с ним стрелкой) и корпусом.
— Стрелка и стержень заряжаются одноименно (например, положительно, как в опыте), а корпус имеет противоположный заряд (отрицательный индуцированный заряд) или нулевой потенциал.
— В результате между стрелкой и стержнем, а также между стрелкой и корпусом, возникают силы электростатического отталкивания и притяжения. Основной эффект — это отталкивание одноименно заряженных частей стрелки и стержня.
3. Почему отклонение пропорционально U?
— Сила F, действующая на стрелку в электрическом поле, пропорциональна напряженности поля E, которая в свою очередь пропорциональна разности потенциалов U между стержнем и корпусом (E ~ U). Таким образом, F ~ U.
— Стрелка поворачивается до тех пор, пока момент электростатической силы не уравновесится моментом силы тяжести (или моментом силы упругости подвеса). В установившемся положении угол отклонения α прямо пропорционален силе F, вызывающей это отклонение. Поскольку F ~ U, то и α ~ U.
Разность потенциалов U → Напряженность поля E ~ U → Сила F ~ E ~ U → Угол отклонения α ~ F → Следовательно, α ~ U.
Представьте себе обычные механические весы. Чем больше груз вы положите на чашу (аналог разности потенциалов U), тем больше растянется пружина или отклонится стрелка (аналог угла α). В электрометре роль "груза" играет разность потенциалов, а роль "пружины" — электростатические силы. #электродинамика #физика #электричество #physics #разбор_задач
💡 Репетитор IT mentor // @mentor_it
