Какое количество теплоты выделится, если к конденсатору емкостью C, равным 2 мкФ, который заряжен до напряжения 100 В, параллельно подключить аналогичный незаряженный конденсатор?

Физика 11 класс Электрические цепи и конденсаторы Количество теплоты конденсатор ёмкость напряжение заряд физика 11 класс параллельное соединение Новый

Для решения этой задачи нам нужно использовать основные понятия о конденсаторах и законы сохранения энергии. Начнем с того, что мы имеем заряженный конденсатор и незаряженный конденсатор, которые подключаются параллельно.

Шаг 1: Найдем заряд на заряженном конденсаторе.

• Формула для заряда на конденсаторе: Q = C * U, где Q - заряд, C - емкость, U - напряжение.
• Для нашего конденсатора: C = 2 мкФ = 2 * 10^-6 Ф и U = 100 В.
• Подставим значения: Q = 2 * 10^-6 Ф * 100 В = 2 * 10^-4 Кл.

Шаг 2: Найдем напряжение после подключения второго конденсатора.

• Когда мы подключаем незаряженный конденсатор, общий заряд остается тем же, но емкость системы увеличивается.
• Емкость нового соединения: C' = C1 + C2 = 2 мкФ + 2 мкФ = 4 мкФ.
• Общий заряд Q остается равным 2 * 10^-4 Кл.
• Теперь найдем новое напряжение: U' = Q / C' = (2 * 10^-4 Кл) / (4 * 10^-6 Ф) = 50 В.

Шаг 3: Найдем количество теплоты, выделившееся при подключении.

• Энергия, хранящаяся в конденсаторе, вычисляется по формуле: E = (1/2) * C * U^2.
• Сначала найдем энергию заряженного конденсатора: E1 = (1/2) * (2 * 10^-6 Ф) * (100 В)^2 = 1 * 10^-2 Дж.
• Теперь найдем энергию после подключения второго конденсатора: E2 = (1/2) * (4 * 10^-6 Ф) * (50 В)^2 = 5 * 10^-3 Дж.

Шаг 4: Найдем количество теплоты, выделившееся в цепи.

• Количество теплоты, выделившееся при подключении, равно разнице энергий: Q = E1 - E2.
• Подставим значения: Q = 1 * 10^-2 Дж - 5 * 10^-3 Дж = 5 * 10^-3 Дж.

Таким образом, количество теплоты, выделившееся при подключении второго конденсатора, составляет 5 миллиджоулей (5 * 10^-3 Дж).