Главная / ЕГЭ Физика / Задание №25 / ID 108468
ID 108468 ЕГЭ Физика Линия №25 СдамГИА ID: 36771 Кинематика
✈️ TG ВК Следующая ⏭️
[рис.] На рисунке изображена схема электрической цепи, в состав которой входят последовательно соединенные резистор, незаряженный плоский конденсатор, высоковольтный источник постоянного напряжения с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением и разомкнутый ключ. Напряжение источника $U = 1кВ$ площадь пластин конденсатора $S = 100см ^2$ расстояние между пластинами $d = 8,85мм$ Ключ замыкают и дожидаются зарядки конденсатора. Затем, не размыкая ключа, все пространство между обкладками конденсатора очень медленно заполняют дистиллированной водой, которая не проводит электрический ток и обладает диэлектрической проницаемостью $\varepsilon = 81$ Какую работу совершают внешние силы в процессе заполнения конденсатора водой? Считайте, что

$\varepsilon_0 = $\frac{1}{4 \pi k}$ \approx 8,85 \cdot 10 в степени ( –12 ) Ф/м$
где $k = 9 \cdot 10 в степени 9 Н \cdot м ^2 /Кл ^2$   — коэффициент пропорциональности в законе Кулона. Ответ дайте с учетом знака.
Чертеж к задаче
💡 Пошаговый разбор и решение:
1.  После замыкания ключа конденсатор зарядится до напряжения U и приобретет заряд $q_1 = CU$ где $C = \frac{\varepsilon_0 S}{d}$   — электрическая емкость конденсатора в отсутствие диэлектрика между пластинами.
2.  После заполнения пространства между пластинами конденсатора водой емкость конденсатора увеличится и станет равна $\varepsilon C$ Напряжение на конденсаторе не изменится, поэтому его заряд возрастет до величины $q_2 = \varepsilon CU$
3.  При дозарядке конденсатора через источник протечет заряд:

$\Delta q = q_2 –q_1 = ( \varepsilon – 1 ) CU$

Поэтому источник совершит работу:

$A_ист=U\Delta q= ( \varepsilon - 1 ) CU ^2$

4.  Поскольку процесс дозарядки происходит очень медленно, то теплота в резисторе не выделяется. Поэтому, согласно закону сохранения энергии для замкнутой электрической цепи, работа источника и работа внешних сил $A_внеш$ расходуются на изменение энергии конденсатора:

$A_ист + A_внеш= ( \varepsilon - 1 ) CU ^2 + A_внеш= $\frac{\varepsilon CU ^2}{2}$ - \frac{CU ^2}{2}$

Отсюда:

$A_внеш= - $\frac{( \varepsilon - 1 ) CU ^2}{2}$ = - $\frac{( \varepsilon - 1 ) \varepsilon_0SU ^2}{2d}$ = - $\frac{( 81 - 1 ) \cdot 8,85 \cdot 10 в степени ( - 12 ) \cdot 0,01 \cdot 1000 ^2}{2 \cdot 8,85 \cdot 10 в степени м инус 3}$ = - 0,4мДж$ $A_внеш= - $\frac{( \varepsilon - 1 ) CU ^2}{2}$ = - $\frac{( \varepsilon - 1 ) \varepsilon_0SU ^2}{2d}$ =$
$= - $\frac{( 81 - 1 ) \cdot 8,85 \cdot 10 в степени ( - 12 ) \cdot 0,01 \cdot 1000 ^2}{2 \cdot 8,85 \cdot 10 в степени м инус 3}$ = - 0,4мДж$ $A_внеш= - $\frac{( \varepsilon - 1 ) CU ^2}{2}$ = - $\frac{( \varepsilon - 1 ) \varepsilon_0SU ^2}{2d}$ =$
$= - $\frac{( 81 - 1 ) \cdot 8,85 \cdot 10 в степени ( - 12 ) \cdot 0,01 \cdot 1000 ^2}{2 \cdot 8,85 \cdot 10 в степени м инус 3}$ =$
$= - 0,4мДж$

Ответ: −0,4 мДж.
Правильный ответ: −0,4 мДж
📚 Похожие разобранные задания по предмету:
ID 104782 • Задание №9
Какой из перечисленных ниже процессов объясняется явлением электромагнитной индукции? 1)  отклонение магнитно...
Смотреть разбор ↗
ID 103430 • Задание №5
В таблице представлены данные о положении грузика, прикрепленного к пружине и совершающего гармонические колеб...
Смотреть разбор ↗
Официальные критерии проверки ФИПИ:
Критерии проверки:

Критерии оценивания выполнения задания | Баллы

Приведено полное решение, включающее следующие элементы:
I)  записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: связь между зарядом, напряжением и емкостью конденсатора, формула для емкости плоского конденсатора, формула для работы источника напряжения, закон сохранения энергии для замкнутой электрической цепи);
II)  сделан правильный рисунок с указанием сил, действующих на перемычку;
III)  описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов);
IV)  проведены необходимые математические преобразования и расчеты (подстановка числовых данных в конечную формулу), приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями);
V)  представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины.
| 3

Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые
преобразования, но имеется один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пунктам II и III, представлены не в полном объеме или отсутствуют.

И (ИЛИ)

В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачеркнуты.

И (ИЛИ)

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/⁠вычислениях пропущены логически важные шаги.

И (ИЛИ)

Отсутствует пункт V, или в нем допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины). | 2

Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.
Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-⁠либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи.

ИЛИ

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

ИЛИ

В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. | 1

Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла. | 0

Максимальный балл | 3
🔗 Другие задания линии №25 по предмету Физика:
ID 108349 [рис.] Горизонтальный проводник длиной 1 м движется равноускоренно в вертикальном однородном ма... ID 108350 В однородном магнитном поле, индукция которого $1,67 умножить на 10 в степени левая круглая ско... ID 108351 Ядро изотопа водорода $_1 в квадрате H$   — дейтерия  — движется в однородном магнитном поле с ... ID 108352 Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией $4 умножить на 10 в степени левая круг... ID 108353 [рис.] В однородном магнитном поле с индукцией $\vecB$ направленной вертикально вниз, равномерн...
← Предыдущее задание 📚 Все задания по предмету Следующее задание →