Задачи › Переходные процессы в RC-цепях, ток через конденсатор

Частица в заряжающемся конденсаторе

  1. Частица в заряжающемся конденсаторе

    МОШ 1996/97, 10 кл.
    7/10

    Частица 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.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Ответ

    \(a = \dfrac{q\mathcal{E}}{mRCd}\,t\), то есть ускорение зависит от времени линейно.

    Решение

    Так 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.

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи