Частица в заряжающемся конденсаторе
7/10Частица с зарядом \(q\) и массой \(m\) влетает со скоростью \(v\) в плоский незаряженный конденсатор ёмкостью \(C\) параллельно его пластинам посередине между ними. В этот момент в схеме, изображённой на рисунке, замыкают ключ \(K\). Как зависит ускорение частицы \(a\) от времени? Считайте, что время пролёта частицы через конденсатор много меньше \(RC\), и что заряд распределяется по пластинам равномерно. Расстояние между пластинами конденсатора равно \(d\), краевыми эффектами можно пренебречь.

▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ\(a = \dfrac{q\mathcal{E}}{mRCd}\,t\), то есть ускорение зависит от времени линейно.
РешениеТак как текущий через сопротивление \(R\) ток не превосходит максимального значения \(\mathcal{E}/R\), то конденсатор за время пролёта частицы \(t\) получает заряд не больший, чем \(\mathcal{E}t/R\), то есть падение напряжения на нём не превосходит \(U = \dfrac{\mathcal{E}t}{RC}\). Поскольку \(t \ll RC\), то \(U \ll \mathcal{E}\). Поэтому можно считать, что во время пролёта частицы текущий через сопротивление ток равен \(\mathcal{E}/R\). Действительно, пока падение напряжения на конденсаторе намного меньше ЭДС источника, конденсатор слабо влияет на протекание тока, и сила тока может быть приближённо определена из закона Ома для цепи постоянного тока. При этом заряд конденсатора зависит от времени по закону \(Q(t) = \dfrac{\mathcal{E}t}{R}\), падение напряжения на конденсаторе равно \(U(t) = \dfrac{\mathcal{E}t}{RC}\), а напряжённость поля внутри конденсатора \(E(t) = \dfrac{\mathcal{E}t}{RCd}\).
Ускорение частицы направлено перпендикулярно плоскости пластин и по величине равно \[a = \dfrac{qE}{m} = \dfrac{q\mathcal{E}}{mRCd}t,\] то есть зависит от времени линейно.
Похожие задачи
- Энергия и тепло в цепи конденсаторов МОШ 1985/86, 9 кл.
- Слабопроводящая пластина ВсОШ 1993/94, 10 кл.
- Конденсатор параллельно резистору МОШ 1994/95, 10 кл.
- Конденсатор с пластиной ВсОШ 1997/98, 10 кл.
- Заряд на конденсаторе 1000C МОШ 1999/00, 11 кл.
- Разряд конденсатора ВсОШ 1999/00, 10 кл.