Плоский конденсатор с пластинами по 100 см^2 каждая и расстоянием между ними в 3 мм заряжен до разности потенциалов в 300 В. Найти энергию и объемную плотность энергии поля коденсатора если между пластинами

1) воздух 2) фарфор с относительной диэлектрической проницательностью 5

ДАНО

S=100 см^2 =100*10^-4 м2

d=3 мм =3*10^-3 м

U=300 B

ε1=1  - относительная диэлектрическая проницаемость воздуха

ε2=5  - относительная диэлектрическая проницаемость фарфора

ε0   = 8.85*10^-12 Ф/м  - электрическая постоянная

------------------------------------

W1 - ?  ω1 -?

W2 - ?  ω2 -?

РЕШЕНИЕ

Энергия поля конденсатора

W=CU^2/2

где

U - разность потенциалов на пластинах конденсатора

С - электроемкость

Емкость конденсатора

C=εε0S/d

W=CU^2/2 = εε0S/d  * U^2/2

W1=1*8.85*10^-12*100*10^-4/(3*10^-3) * 300^2/2 =1.3275*10^-6  Дж= 1.33 мкДж

W2=5*8.85*10^-12*100*10^-4/(3*10^-3) * 300^2/2 =6.6375*10^-6  Дж= 6.64 мкДж

Объемная плотность энергии поля конденсатора

ω=W/V   

где 

W - энергия поля конденсатора

V=Sd- объем, занимаемый по­лем (объем пространства между пластинами конденсатора )

ω=W/V =W/(Sd)

ω1=1.3275*10^-6  /(100*10^-4*3*10^-3)=0.044 Дж/м3

ω2=6.6375*10^-6  /(100*10^-4*3*10^-3)= 0.221 Дж/м3

ОТВЕТ

W1=1.3275*10^-6  Дж= 1.33 мкДж

W2=6.6375*10^-6  Дж= 6.64 мкДж

ω1=0.044 Дж/м3

ω2=0.221 Дж/м3