В ролике выводится формула для энергии заряженного конденсатора, а затем рассматривается несколько характерных задач с изменением ёмкости, когда постоянным остаётся напряжение на конденсаторе либо запасённый в нём заряд.

Когда получаешь электрический разряд от конденсатора, сразу перестаёшь сомневаться в том, что он запасает энергию. 

Мы рассчитываем эту энергию теоретически, мысленно перемещая малые порции заряда с одной обкладки конденсатора на другую, и выражаем её с помощью двух формул. Когда конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U, удобно применять формулу W = CU²/2. При сближении обкладок ёмкость С растёт, а вместе с ней и запасённая в конденсаторе энергия. А если отключить конденсатор от источника, заряд пластин q не будет меняться, и теперь удобнее использовать формулу W = q²/2C.

Раздвигая пластины конденсатора, мы уменьшаем его ёмкость и увеличиваем энергию за счёт работы, совершаемой против сил притяжения разноимённых зарядов.

А теперь проведём мысленный эксперимент: замкнём заряженный конденсатор на второй точно такой же, но не заряженный. Заряд разделится между конденсаторами пополам, и простой расчёт показывает, что энергия системы при этом уменьшится вдвое. Куда же исчезла вторая половина энергии? Чтобы разрешить этот парадокс и спасти закон сохранения энергии, мы анализируем ограничения применяемой здесь физической модели.

Электрический заряд накапливается на обкладках конденсатора (впрочем, и это не всегда очевидно), но где же хранится его энергия?

Физики отвечают: в электрическом поле между обкладками. И мы показываем, что для плоского конденсатора объёмная плотность энергии пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля.

Теперь представьте себе, что конденсатор зарядили, отключили от источника, а потом сдвинули его пластины параллельно друг другу, не меняя расстояния между ними. Ёмкость конденсатора уменьшилась, а энергия увеличилась. Но за счёт чего? Ведь пластины перемещаются перпендикулярно электрическому полю, расстояние между зарядами не меняется, и работа по перемещению пластин при этом вроде бы должна быть равна нулю!

Смотрите наш ролик «Энергия конденсатора», разбирайтесь с парадоксами, связанными с этим простым устройством, и не забывайте ставить лайки!

Ссылка на упомянутый в эфире ролик.

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

Выпуск создан при поддержке «Онлайн Гимназии №1» – обучение с 5 по 11 класс. Живые онлайн-уроки. Аттестат государственного образца

Записаться на бесплатный школьный день и получить 7 дней доступа к обучающей платформе.