Global EE

Электростатика — Задание 21 ЕГЭ по физике №00002982

Задание №21. Качественная Задача

Электростатика

№2. Задание 21

ID: 00002982

Обкладки плоского воздушного конденсатора изготовлены из двух тонких квадратных металлических пластин со стороной a (на рисунке показан вид сбоку). Расстояние между обкладками d << a. Этот конденсатор подключён к источнику постоянного напряжения U с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением.

Через пространство между обкладками начинают медленно протаскивать с постоянной скоростью V квадратную пластину со стороной a и толщиной d, сделанную из однородного непроводящего материала с диэлектрической

проницаемостью E. В некоторый момент всё пространство между обкладками конденсатора оказывается заполненным диэлектриком. Затем пластину продолжают двигать в том же направлении с той же скоростью до тех пор, пока она не покинет пространство между обкладками.

Опираясь на законы физики, изобразите график зависимости силы электрического тока I, протекающего через источник напряжения, от времени t. Искажениями электрического поля вблизи краёв обкладок и пластины можно пренебречь. Отсчёт времени начинается в момент, когда правый край пластины находится на уровне левых краёв обкладок конденсатора, а заканчивается, когда пластина оказывается полностью вынутой из конденсатора с противоположной стороны. Объясните построение графика, указав явления и закономерности, которые Вы при этом использовали. На осях координат обозначьте физические величины в «особых» точках графика (максимумы, минимумы, разрывы, точки излома графика), если они есть.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Электростатика

Источник: ФИПИ

Решение

Дано:

катушка с индуктивностью $L$, ЭДС $\varepsilon$, два резистора $R$ в начале: ключ разомкнут, ток $I_0 = \frac{\varepsilon}{R}$ после замыкания: ключ замкнут, оба резистора параллельно

Найти:

объяснение плавного изменения тока + установившееся значение тока

Решение:

Установившийся ток до замыкания (катушка как идеальный провод): $$I_0 = \frac{\varepsilon}{R}$$ Установившийся ток после замыкания (два параллельных резистора): $$R_{\text{общ}} = \frac{R}{2}$$ $$I_1 = \frac{\varepsilon}{R/2} = \frac{2\varepsilon}{R} = 2I_0$$

Почему ток увеличивается плавно:

При увеличении тока через катушку возрастает магнитный поток, пронизывающий её витки: $$\Phi = L \cdot I$$ По закону электромагнитной индукции изменение магнитного потока порождает ЭДС самоиндукции: $$\varepsilon_{\text{сам}} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t}$$ По правилу Ленца ЭДС самоиндукции направлена против изменения тока, то есть препятствует росту тока. Это явление называется самоиндукцией — оно не позволяет току мгновенно измениться, поэтому нарастание происходит плавно.

Ответ

самоиндукция препятствует мгновенному изменению тока

Видеоразбор

Другие задания по теме «Электростатика» (8)