Две параллельные металлические пластины больших размеров расположены на расстоянии друг от друга и подключены к источнику постоянного напряжения (рис. 1). Пластины закрепили на изолирующих подставках и спустя длительное время отключили от источника (рис. 2).
Из приведённого ниже списка выберите все правильные утверждения.
-
Напряжённость электрического поля в точках , и одинакова.
-
Потенциал электрического поля в точке выше, чем в точке .
-
Если после отключения источника увеличить расстояние между пластинами, то напряжённость электрического поля в точке уменьшится.
-
Если после отключения источника уменьшить расстояние между пластинами, то заряд левой пластины не изменится.
-
Если после отключения источника пластины полностью погрузить в керосин, не меняя их взаимного расположения, то энергия электрического поля системы пластин увеличится.
Решение:
При подключении к источнику постоянного напряжения пластины приобрели разноимённые заряды: левая зарядилась отрицательно, а правая — положительно. Поле между пластинами однородно. После отключения от источника система становится замкнутой (электрически изолированной), следовательно, заряд на каждой из пластин сохраняется неизменным ().
Проанализируем каждое из утверждений:
1)Верно. Внутри заряженного плоского конденсатора поле однородно везде. Это означает, что модуль и направление вектора напряжённости одинаковы в любых внутренних точках, в том числе в , и .
2)Неверно. Линии напряжённости электростатического поля направлены от области большего потенциала к меньшему — от положительно заряженной правой пластины к отрицательно заряженной левой. Поскольку точка расположена ближе к положительной пластине, чем точка , её потенциал больше: .
3)Неверно. Напряжённость однородного поля плоского конденсатора определяется поверхностным зарядом пластины.
Так как пластины отключены от источника, их заряд и площадь постоянны. Изменение расстояния между пластинами не меняет величину напряжённости поля.
4)Верно. Пластины расположены на изолирующих подставках и отключены от электрической цепи, поэтому возможность перетекания заряда отсутствует. Согласно закону сохранения заряда величина заряда пластины не зависит от изменения расстояния между ними.
5)Неверно. Энергия электрического поля изолированного конденсатора определяется формулой: Поскольку диэлектрическая проницаемость керосина больше проницаемости воздуха (), ёмкость системы при погружении возрастает, а энергия поля уменьшается.