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Aiuto problema fisica

  

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Un condensatore piano con armature quadrate di lato L=20 cm, separate da una distanza d=1 mm, collegato alla batteria, ha una carica Q0=1.06 nC sulle armature. Calcolare la d.d.p. erogata dalla batteria. Sempre mantenendo la batteria collegata, il condensatore viene riempito per metà del suo volume da una lastra di dielettrico di spessore h=d/2.

Calcolare la costante dielettrica della lastra se la quantità di carica sulle armature diventa Qf=1.5Q0. Calcolare il campo elettrico nel condensatore (parte in aria e dielettrico) (suggerimento: si ricordi che, una volta inserito il dielettrico, il condensatore è equivalente a due condensatori in serie in cui le distanze fra le armature sono d/2 e le costanti dielettriche diverse …., si ricordi inoltre che la componente normale del vettore D è continua nell’attraversamento della superficie di separazione di due dielettrici…) (costante dielettrica del vuoto 0 = 8.854 * 10-12 F/m )

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a) Un condensatore piano a facce parallele, con vuoto come dielettrico, ha una capacità di:

C = εo * S / d = 8,854E-12 * 0,2² / 0,001 = 354,16E-9 F = 354,16 pF

La tensione ai suoi capi è data da:

Vc = Q / C = 1,06E-9 / 354,16E-12 = 3 V

 

b) Qf = Qo * 1,5 = 1,06E-9 * 1,5 = 1,59E-9 C = 1,59 nC

con la batteria collegata la Vc rimane invariata. La nuova capacità del condensatore sarà:

Ce = Qf / Vc = 1,59E-9 / 3 = 530E-12 F = 530 pF

dopo l'inserzione del dielettrico si hanno due condensatori in serie aventi la stessa quantità di carica Qf.

Nella parte "a" del condensatore con dielettrico vuoto si ha una capacità:

Ca = 2 * εo * S / d = 2 * 354,16E-12 = 708,32E-12 F = 708,32 pF

per condensatori in serie le capacità sono legate dalla relazione:

1/Ce = 1/Ca + 1/Cb

Cb = 1 / (1/Ce - 1/Ca) = 1 / (1/530E-12 - 1/708,32E-12) = 2,1E-9 F = 2,1 nF

segue:

Cb = ε * S / (d/2)

da cui:

ε = 2 * Cb * d / S = 2 * 2,1E-9 * 0,001 / 0,04 = 1,05E-10 F/m

εr = ε / εo = 1,05E-10 / 8,854E-12 = 11,86 (adimensionale)

 

c)

la tensione Va sarà:

Va = Qf / Ca = 1,59E-9 / 708,32E-12 = 2,24 V

il campo elettrico Ea sarà:

Ea = 2 * Va / d = 2 * 2,24 / 0,001 = 4480 V/m o N/C

La tensione nella parte b con dielettrico sarà:

Vb = Vc - Va = 3 - 2,24 = 0,76 V

il campo elettrico attraverso il dielettrico:

Eb = 2 * Vb / d = 2 * 0,76 / 0,001 = 1520 V/m o N/C

 

Il campo elettrico equivalente nel condensatore si può trovare in due modi. O attraverso la media tra i due campi elettrici o con il rapporto tra la tensione sulle armature e la distanza tra di esse.

Em = (Ea + Eb) / 2 = (4480 + 1520) / 2 = 3000 V/m

Em = Vc / d = 3 / 0,001 = 3000 V/m



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Un condensatore piano con armature quadrate di lato L = 20 cm, separate da una distanza d=1 mm, collegato alla batteria, ha una carica Qo = 1.06 nC sulle armature. Calcolare la d.d.p. E erogata dalla batteria. Sempre mantenendo la batteria collegata, il condensatore viene riempito per metà del suo volume da una lastra di dielettrico di spessore h=d/2.

C = 8,86*10^-12*0,20^2*10^3/1 = 3,54*10^-10 F

V = Q/C = 1,06*10^9*10^10/3,54 = 3,00 V 



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C = Q / V;

V = Q / C;

C = eo *Area / d = 8,859 * 10^-12 * 0,20^2 / 0,001= 3,54 * 10^-10 F;

V = 1,06 * 10^-9 / 3,54 * 10^-10 = 3,0 V;

.... non ho tempo...

 

Condensatori in serie:

Ce = (1/C1 + 1/C2)^-1

C = eo * er * Area / d.



Risposta
SOS Matematica

4.6
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