Ich habe eine Frage in einem Buch über Elektromagnetik gelöst und brauche Hilfe: Zwei parallele Platten wurden an eine 100-V-Batterie angeschlossen. Die Batterie wurde entfernt und dann wurde eine Platte aus dielektrischem Material zwischen die Platten gelegt, die die obere berührte, aber 0,25 mm freien Raum im Boden ließ. Es ist erforderlich, die elektrische Feldstärke und einige andere Größen nach dem Einsetzen der Platte zu finden.
Die Idee der Frage ist, zu wissen, was vor und nach dem Einfügen der Platte konstant bleibt. Es ist sinnvoll anzunehmen, dass die Ladung gleich bleiben würde, da sie nach dem Entfernen der Batterie nicht mehr abfallen kann. Nachdem ich die Frage jedoch mit dieser Annahme gelöst hatte, stellte ich fest, dass die im Kondensator gespeicherte Gesamtenergie nach dem Einsetzen der Platte geringer ist als die Gesamtenergie vor dem Einsetzen. Ich dachte, die Energie würde auch erhalten bleiben, aber anscheinend ist es nicht so. Kann jemand eine physikalische Erklärung dafür geben, warum die Gesamtenergie des Systems geringer ist? Wo ist diese Energie geblieben?
Weitere Details:
Plattenfläche: 2x10^2 m2
Abstand zwischen den Platten: 1,25 mm
Dicke der dielektrischen Platte: 1 mm
Relative Permittivität der dielektrischen Platte: 5
Lösung: vor dem Einlegen der Platte:
Gesamtkapazität = 1,42e-10 F
Spannung = 100 V
Energie (W) = 0,5cv^2 = 7,08e-7 Joule
Oberflächenladungsdichte = elektrische Flussdichte = 1,42e-8 c/m2
Nach dem Einlegen der Platte:
im Freiraumbereich: C=7,08e-10 F, E = 80.000 v/m, v=20V, W = 1,42e-7 Joule
in dielektrischer Platte: C=8,85e-10 F, E= 16.000 V/m, V=16 V, W=1,13e-7 Joule
Gesamt W = 2,55e-7 Joule im Vergleich zu 7,08e-7 vor dem Einsetzen der Platte. Wo sind die 4,53e-7 Joule geblieben?
Wenn die Platte zu den Platten gebracht wird, erfährt sie eine Anziehungskraft, die dazu neigt, sie in den Spalt zu ziehen. Wenn Sie es nicht einschränken, beschleunigt die Platte.
In einer idealen Umgebung wird der Energieverlust im Kondensator durch die Zunahme der kinetischen Energie der Platte ausgeglichen. Im Laufe der Zeit geht diese Energie durch Reibung oder Widerstand verloren.
Sobald die Platte in den Platten ruht, muss daran gearbeitet werden, sie gegen das elektrische Feld zu entfernen. Diese Arbeit erhöht die im Kondensator gespeicherte Energie.