Конденсаторы — Задание 15 ЕГЭ по физике №00002927
Конденсаторы
№2. Задание 15
ID: 00002927
Систему, состоящую из трёх одинаковых изначально незаряженных последовательно соединённых конденсаторов, подключают к источнику постоянного напряжения. Дождавшись зарядки конденсаторов, обкладки одного из них замыкают при помощи куска проволоки. Как в результате этого изменятся суммарная электроёмкость данной системы конденсаторов и энергия, запасённая в каждом из двух других конденсаторов?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Источник: ФИПИ
Решение
До замыкания. Суммарная ёмкость: $\frac{1}{C_{\text{общ}}} = \frac{1}{C} + \frac{1}{C} + \frac{1}{C}$, откуда $C_{\text{общ}} = \frac{C}{3}$.
Общий заряд: $q = C_{\text{общ}} \cdot U = \frac{CU}{3}$.
При последовательном соединении заряды одинаковы, поэтому энергия каждого конденсатора:
$$W_1 = \frac{q^2}{2C} = \frac{(\frac{CU}{3})^2}{2C} = \frac{\frac{C^2U^2}{9}}{2C} = \frac{CU^2}{18}.$$
После замыкания. Замкнутый конденсатор превращается в проводник и выключается из цепи. Остаются два конденсатора $C$ последовательно:
$$C'_{\text{общ}} = \frac{C}{2}.$$
Новый общий заряд: $q' = C'_{\text{общ}} \cdot U = \frac{CU}{2}$.
Энергия каждого из двух оставшихся конденсаторов:
$$W'= \frac{(q')^2}{2C} = \frac{(\frac{CU}{2})^2}{2C} = \frac{\frac{C^2U^2}{4}}{2C} = \frac{CU^2}{8}.$$
Сравнение:
Ёмкость: $\frac{C}{3} \approx 0{,}33C \to \frac{C}{2} = 0{,}5C$ — увеличилась.
Энергия: $\frac{CU^2}{18} \to \frac{CU^2}{8}$, а $\frac{1}{8} \gt \frac{1}{18}$ — увеличилась.
Ответ
Видеоразбор
Другие задания по теме «Конденсаторы» (8)
- Задание 15 №00026065 — Пространство между пластинами заряженного плоского воздушного конденсатора,…
- Задание 15 №00026041 — Плоский конденсатор, у которого зазор между обкладками заполнен диэлектриком,…
- Задание 15 №00026023 — Плоский конденсатор, у которого зазор между обкладками заполнен диэлектриком,…
- Задание 15 №00026014 — Плоский конденсатор с воздушным зазором между обкладками подключён к источнику…
- Задание 15 №00026010 — В воздушный зазор между пластинами плоского заряженного конденсатора,…
- Задание 15 №00018845 — Плоский конденсатор состоит из двух квадратных пластин со стороной a.…
- Задание 15 №00018840 — Плоский воздушный конденсатор зарядили до некоторого напряжения. Затем, не…
- Задание 15 №00018839 — Плоский воздушный конденсатор зарядили до некоторого напряжения и отключили от…