Фізика. Закон Кулона. Конденсатор

Плоский конденсатор електричною ємністю C = 50 мкФ з відстанню між пластинами d = 1 мм зарядили до напруги U = 220 В. Чому дорівнює сила F взаємодії між пластинами?

---

Проаналізуємо спочатку типові помилки, яких інколи припускаються школярі і студенти при розв'язуванні подібних задач.

Застосування закону Кулона у вигляді F = 1/(4·π·ε₀) ·(Q/d)² буде невірним, оскільки:
пластини плоского конденсатора не можна вважати точковими зарядами;
електричне поле між пластинами плоского конденсатора є однорідним (незалежним від відстані між пластинами).

При застосуванні закону Кулона у вигляді F = Q·E помилковим буде множити заряд пластини конденсатора на напруженість електричного поля між пластинами, оскільки електричне поле між пластинами конденсатора утворюється зарядами обох пластин.

Для розв'язування задачі застосуємо закон Кулона у вигляді F = Q·E₁, де
Q = C·U — заряд конденсатора,
E₁ — напруженість електричного поля, утвореного лише однією з пластин конденсатора.

Згідно принципу суперпозиції полів напруженість електричного поля E між пластинами конденсатора дорівнює векторній (геометричній) сумі напруженостей електричний полів кожної з пластин окремо:
E = E₁ + E₂
Заряди пластин мають рівні за абсолютною величиною (модулем) та протилежні за знаком заряди.
Тому E₁ = E₂ = ½ E
Напруженість однорідного електричного поля між пластинами плоского конденсатора
E = U/d
Тоді E₁ = ½ U/d
Сила взаємодії між пластинами    F = ½ C·U²/d
Враховуючи, що енергія електричного поля конденсатора обчислюється за формулою
W = ½ C·U², — остаточну формулу можна узагальнити:
F = W/d
Підставляючи числові значення, отримаємо: F = 1210 Н = 1,21 кН

Відповідь: F = 1,21 кН