Задачи › Конденсатор с диэлектриком, диэлектрики

Цилиндрический конденсатор

  1. Цилиндрический конденсатор

    Санкт-Петербургская 2025/26, 10 кл.
    6/10

    Определите диэлектрическую проницаемость жидкости, налитой в цилиндрический конденсатор. Известно, что электрическая ёмкость цилиндрического конденсатора длиной \(l\), внешним радиусом внутренней обкладки \(R_1\) и внутренним радиусом внешней обкладки \(R_2\) имеет вид \[C = \frac{2\pi\varepsilon\varepsilon_0\, l}{\ln\left(R_2/R_1\right)}.\]

    Оборудование: два алюминиевых цилиндра, заглушки, силиконовая замазка по требованию, мультиметр, батарея, секундомер, постоянный конденсатор, штангенциркуль по требованию, миллиметровка. Будьте предельно аккуратны с силиконовой замазкой, она не смывается водой!

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    Ионы в жидкости дают ложное напряжение на обкладках; измерять ёмкость лучше не по напряжению на исследуемом конденсаторе, а по перетеканию заряда на тестовый конденсатор или по разрядке через вольтметр.

    Ответ

    \(\varepsilon \approx (3\text{--}7)\cdot 10^5\) (при \(C \approx 10\text{--}25\) мкФ).

    Решение

    Из формулы ёмкости \(\varepsilon = \dfrac{C\ln(R_2/R_1)}{2\pi\varepsilon_0 l}\). Для установки \(R_1 = 4\) мм, \(R_2 = 6{,}5\) мм, \(l = 30\) см, \(\ln(R_2/R_1) \approx 0{,}49\).

    Ёмкость измеряют с учётом ионного обмена в жидкости: (1) перераспределение заряда между исследуемым конденсатором и тестовым конденсатором \(C_0 = 10\) мкФ, \(C = C_0 U_1/(U_0 - U_1)\); (2) разрядка через вольтметр с сопротивлением около \(1\) МОм, \(\tau = RC\), с учётом ионного вклада \(U_{\text{ион}}\) по наклону \(\ln(U - U_{\text{ион}})\) от времени. Оба способа дают \(C \approx 10\)–\(25\) мкФ, что соответствует \(\varepsilon \approx (3\text{--}7)\cdot 10^5\).

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи