- Учебники
- Разделы физики
- Журнал «Квант»
- Лауреаты премий по физике
- Общие
- Слободянюк А.И. Физика 10/16.7
- §16. Превращение энергии в электрических и магнитных явлениях
- 16.7 Изменение энергии конденсатора при изменении его емкости.
- Тест по теме «Конденсаторы»
- Содержимое публикации
- Как изменится напряжение между пластинами конденсатора соединенного с источником тока при увеличении
- Как изменится напряжение между пластинами конденсатора соединенного с источником тока при увеличении
Учебники
Разделы физики
Журнал «Квант»
Лауреаты премий по физике
Общие
Слободянюк А.И. Физика 10/16.7
§16. Превращение энергии в электрических и магнитных явлениях
16.7 Изменение энергии конденсатора при изменении его емкости.
Энергия конденсатора зависит от его емкости. Емкость конденсатора можно изменять, когда он заряжен — при этом будет изменяться его энергия. При рассмотрении этих процессов можно выделить два принципиально различных случая: первый — изменение емкости происходит при неизменных зарядах на обкладках; второй – емкость конденсатора изменяется при постоянном напряжении между обкладками (в этом случае конденсатор подключен к источнику постоянной ЭДС).
Рассмотрим теперь превращения энергии при изменении емкости плоского конденсатора, образованного двумя параллельными одинаковыми платинами площади S. Размеры пластин будем считать значительно превышающими расстояние между ними, что позволяет пренебречь краевыми эффектами, то есть считать электрическое поле \(
\vec E\) однородным (Рис. 152). Пусть конденсатор заряжен, так что заряды каждой пластины одинаковы по модулю и равны q и противоположны по знаку, поверхностная плотность заряда на каждой пластине равна \(
\sigma = \frac\). Напряженность поля между пластинами в этом случае равна
причем заряды каждой пластины создают поле, напряженность которого в два раза меньше напряженности суммарного поля (1); разность потенциалов между пластинами равна
Так заряды пластин разноименные, то пластины будут притягиваться друг к другу с некоторой силой F. Сила, действующая на одну пластину, равна произведению ее заряда на напряженность поля, создаваемого зарядом второй пластины,
Этой формуле можно придать иной вид, если выразить силу через напряженность электрического поля с помощью формулы (1)
Важно отметить, что давление электрического поля на проводящую платину в точности равно объемной плотности энергии поля
Чтобы изменить (для определенности увеличить см. Рис. 152) расстояние между пластинами, к ним необходимо приложить внешнюю силу F0, превышающую по модулю силе электрического притяжения. При перемещении пластины (увеличении расстояния) на величину Δh эта внешняя сила совершит положительную работу.
Если пластины конденсатора изолированы, то электрический заряд и, как следствие, напряженность поля и сила притяжения не зависят от расстояния между пластинами. Поэтому работа внешней силы по перемещению пластины на расстояние Δh будет минимальна, когда эта сила равна силе притяжения между пластинами, при этом
A = F_0 \Delta h = \frac<\varepsilon_0 E^2> <2>S \Delta h\) . (6)
Благодаря этой работе возрастает энергия электрического поля – при неизменной напряженности и плотности энергии возрастает объем, занятый полем (\(\Delta V = S \Delta h\)), что выражается формулой
A = \Delta W = w \Delta V\) . (7)
При увеличении расстояния между пластинами емкость конденсатора изменяется (уменьшается). Изменение энергии конденсатора можно также рассчитать, с помощью формулы для его энергии, причем следует выразить энергию через не изменяющийся в данном случае заряд конденсатора, то есть
Эта формула равносильна полученным выше выражениям для изменения энергии. Таким образом, в рассмотренном процессе превращения энергии понятны: работа внешней силы увеличивает энергию электрического поля конденсатора.
Рассмотрим теперь этот же процесс при условии, что обкладки конденсатора подключены к источнику постоянной ЭДС (Рис. 153). В этом случае при изменении расстояния между пластинами, остается неизменным напряжение U = ε между ними.
В этом случае разноименно заряженные пластины также притягиваются, поэтому для увеличения расстояния между ними внешняя сила также совершает положительную работу, однако при этом энергия конденсатора уменьшается, а не растет! Действительно, при постоянном напряжении между пластинами, изменение энергии конденсатора рассчитывается по формуле
В данном случае эта сила зависит от расстояния между пластинами. Поэтому для расчета работы необходимо разбить процесс движения пластины на малые участки и затем просуммировать работы на этих участках. Чтобы избежать этой громоздкой математической процедуры, будем считать, что смещение Δh мало настолько, что можно пренебречь изменением силы притяжения. В этом приближении работа внешней силы будет равна
\delta A_0 = F \Delta h = \frac<\varepsilon_0 U^2 S> <2 h^2_0>\Delta h\) . (11)
Преобразуем также выражение для изменения энергии конденсатора с учетом малости смещения. Запишем \(h_1 = h_0 + \Delta h\) и подставим в формулу (9)
Наконец, найдем работу по зарядке источника, которая равна произведению «вернувшегося» заряда на ЭДС источника (которая равна напряжению конденсатора):
Итак, проведенный расчет полностью подтверждает сделанные ранее заключения: увеличение энергии источника (что равносильно — работа по его подзарядке) равно сумме работы внешней силы и уменьшения энергии поля конденсатора
\Delta W_
Задание для самостоятельной работы.
- Докажите, что в рассмотренном процессе энергетический баланс выполняется при любом (не малом) смещении пластины.
Признавая, что «аналогии ничего не доказывают, но много объясняют», рассмотрим гидростатическую аналогию преобразования энергии при изменении «емкости» сосуда. Как мы указывали, аналогом электрического заряда может служить объем жидкости, налитой в сосуд, аналогом изменения потенциала – изменение уровня жидкости, тогда аналогом электроемкости вертикального сосуда служит площадь его дна. Таким образом, изменению емкости должно соответствовать изменение площади поперечного сечения сосуда. Представим себе сосуд в форме параллелепипеда (аквариума), одна из стенок которого может двигаться – при ее смещении изменяется площадь сосуда, то есть изменяется его «емкость». При уменьшении площади сосуда уменьшается «емкость». В рассмотренных электростатических примерах – уменьшению емкости конденсатора соответствует увеличению расстояния между его пластинами.
Пусть теперь в нашем сосуде находится некоторый объем жидкости, уровень которой равен h0 (Рис. 155 ). Чтобы сместить подвижную стенку, к ней необходимо приложить некоторую внешнюю силу F. Если объем жидкости в сосуде сохраняется, то при смещении стенки ее уровень повышается, следовательно, увеличивается ее энергия. Понятно, что увеличение потенциальной энергии жидкости равно работе внешней силы.
Сравните: при неизменном объеме жидкости (электрическом заряде) уменьшение площади сосуда (емкости конденсатора) под действием внешней силы приводит к возрастанию уровня жидкости (разности потенциалов) и гидростатической энергии жидкости (электростатической энергии поля).
Если конденсатор подключен к источнику постоянной ЭДС, то его напряжение поддерживается постоянным. В гидростатической аналогии необходимо в этом случае говорить о постоянной высоте уровня жидкости в сосуде. В качестве устройства, поддерживающего постоянный уровень можно предложить, например, резиновый сосуд («грушу»), жидкость в которой поддерживается при постоянном давлении. Если теперь наш сосуд «переменной емкости» подключить к источнику постоянного давления (резиновой груше), то получим аналог конденсатора, подключенного к источнику постоянной ЭДС (Рис.156) При смещении подвижной стенки в этом случае внешняя сила также совершает положительную работу, но потенциальная энергия жидкости в сосуде уменьшается, так как уменьшается ее объем при неизменной высоте уровня. Под действием этой внешней силы часть жидкости из сосуда заталкивается в резиновую грушу, при этом энергия последней возрастает. Увеличение ее энергии равно сумме работы внешней силы и уменьшения потенциальной энергии жидкости в сосуде.
Сравниваем: при постоянном уровне жидкости в сосуде (напряжении конденсатора) уменьшение площади дна (емкости конденсатора) под действием внешней силы приводит к возвращению части жидкости (электрического заряда) в резиновый сосуд, поддерживаемый при постоянном давлении (источник постоянной ЭДС). При этом увеличение энергии жидкости в резиновом сосуде постоянного давления (источника ЭДС) равно сумме работы внешней силы и уменьшения потенциальной энергии жидкости в сосуде (энергии конденсатора).
Задание для самостоятельной работы.
- Докажите, что в рассмотренных гидростатических аналогиях энергетический баланс выполняется точно.
Электроемкость конденсатора зависит также от диэлектрической проницаемости вещества, находящегося между обкладками. Поэтому емкость конденсатора можно изменять, меняя вещество, находящееся между обкладками. Пусть, например, между обкладками плоского конденсатора находится диэлектрическая пластинка. Если конденсатор заряжен, то для извлечения пластинки необходимо приложить к ней внешнюю силу и совершить положительную работу. Механизм возникновения силы, действующей на пластинку со стороны электрического поля, проиллюстрирован на Рис. 157. При ее смещении изначально однородное распределение зарядов на обкладках конденсатора и поляризационных зарядов на пластинке искажается. Как следствие этого перераспределения зарядов искажается и электрическое поле, поэтому возникаю силы, стремящиеся втянуть пластинку внутрь конденсатора.
Расчет этих сил сложен, но энергетические характеристики происходящих процессов могут быть найдены без особого труда. С формальной точки зрения, не важно чем вызваны изменения емкости конденсатора, поэтому можно воспользоваться всеми рассуждениями и выводами предыдущего раздела, как для случая изолированного конденсатора (при сохранении заряда), так для конденсатора подключенного к источнику постоянной ЭДС.
Чрезвычайно интересными и практически важными являются энергетические характеристики процессов поляризации диэлектриков, однако их расчет представляет собой весьма сложную задачу. Для решения возникающих здесь проблем требует привлечения сведения о строении вещества. Некоторые из этих вопросов мы рассмотрим в следующем году после ознакомления с основами теории строения вещества.
Источник
Тест по теме «Конденсаторы»
Содержимое публикации
Электроемкость. Конденсаторы.
1. Электроёмкость плоского конденсатора зависит
A ) от площади и расстояния между пластинами B ) только от расстояния между пластинами C ) только от диэлектрической проницаемости среды D ) только от площади пластины E )от диэлектрической проницаемости среды, площади пластин и расстояния между пластинами
2. Напряжение на обкладках конденсатора 400 В. При полной разрядке конденсатора через резистор в цепи проходит электрический заряд 0,4 Кл. Тогда энергия, выделяемая на резисторе
А) 10 Дж В) 80 Дж С) 160 Дж D ) 50 Дж Е) 25 Дж
3. Напряжение на обкладках конденсатора 100 В. При полной разрядке конденсатора через резистор в цепи проходит заряд 0,1 Кл. Значит, электроемкость конденсатора
A ) 10 -3 Ф B ) 10 -1 Ф С ) 10 3 Ф D ) 10 -2 Ф E ) 10Ф
4. Пространство между обкладками плоского заряженного конденсатора заполнили диэлектриком с ε=4. Если конденсатор всё время остается подключенным к источнику напряжения, то энергия конденсатора
A ) увеличится в 2 раза B ) не изменится C ) уменьшится в 2 раза
D ) уменьшится в 4 раза E ) увеличится в 4 раза
5. Если в плоском конденсаторе увеличили расстояние между пластинами в 3 раза, а площадь пластин уменьшили в 2 раза, то емкость конденсатора
A ) уменьшилась в 2 раза B ) не изменилась С ) увеличилась в 6 раз
D ) увеличилась в 3 раза E ) уменьшилась в 6 раз
6. Энергия электрического поля, создаваемого зарядами q в конденсаторе емкостью С
A ) B ) С ) D ) E )
7. Конденсатор электроемкостью С=10 мкФ, заряжен до напряжения U =10 В. Энергия электрического поля конденсатора
A ) 5 Дж B ) 0,5 мДж С ) 5 мДж D ) 15 Дж E ) 5 М Дж
8. Имеются конденсаторы емкостью 4 мкФ, 5 мкФ, 10 мкФ и 20 мкФ. Их общая емкость при последовательном соединении
А) 1,7 мкФ B ) 1,7 Ф С ) 1,7 нФ D ) 1,7 пФ E ) 1,7 мФ
9. Электроемкость плоского конденсатора равна 1 мкФ. Если между пластинами помещается слой слюды толщиной d = 0,1 мм, то площадь пластины равна
(ε=6; ε0=8,85·10 -12 Кл 2 /Н·м 2 )
A ) ≈1,9 м 2 B ) ≈2 см 2 С ) ≈19 см 2 D ) ≈0,19 м 2 E ) ≈2 м 2
10. Если пространство между обкладками конденсатора заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε=2, то энергия подключенного к источнику конденсатора
A ) уменьшится в 2 раза B ) уменьшится в 4 раза С ) увеличится в 4 раза
D ) не изменится E ) увеличится в 2 раза
Электроемкость. Конденсаторы.
1. Безразмерной величиной в СИ является
А) диэлектрическая проницаемость среды В) напряженность C ) электрический заряд D ) потенциал E ) электрическая постоянная
2. Емкость конденсатора 6 мкФ, а заряд 3∙10 -4 Кл. Энергия электрического поля конденсатора
A ) 7,5 мДж B ) 7,5 Дж C ) 7,5 мкДж D ) 7,5 кДж E ) 7,5 нДж
3. Напряжение на обкладках конденсатора 100 В. При полной разрядке конденсатора через резистор в цепи прошел заряд 10 Кл. Емкость конденсатора равна
A ) 100 Ф B ) 10 Ф С ) 1000 Ф D ) 1 Ф E ) 0,1Ф
4. Электроемкость плоского конденсатора при двукратном увеличении площади пластин и шестикратном уменьшении расстояния между ними
A ) увеличится в 12 раз B ) уменьшится в 12 раз С ) увеличится в 3 раза
D ) уменьшится в 3 раза E ) не изменится
5. Воздушный конденсатор заряжен от источника напряжения и отключен от него. После этого расстояние между пластинами увеличили вдвое. При этом энергия электрического поля конденсатора
A ) увеличилась в 4 раза B ) уменьшилась в 2 раза С ) увеличилась в 2 раза
D ) не изменилась E ) уменьшилась в 4 раза
6. Энергия электрического поля, не определяется по формуле
A ) B ) С ) D ) E )
7. Конденсатор емкостью 20 мкФ заряжен до напряжения 300 В. Определите энергию, сосредоточенную в нем
А) 0,9 Дж В) 0,5 Дж C ) 0,8 Дж D ) 0,6 Дж E ) 0,7 Дж
8. С1=С2= 1 мкФ, С3= 3 мкФ. Определить электроемкость батареи конденсаторов.
D ) 1,2 мкФ
9. Плоский конденсатор емкостью 0,02 мкФ соединили с источником тока, в результате чего он приобрел заряд 10 -8 Кл. Если расстояние между пластинами конденсатора 5 мм, то напряженность поля между ними равна
A ) 0,1 В/м B ) 4·10 -14 В/м С ) 40 В/м D ) 100 В/м E ) 80 В/м
10. Если пространство между обкладками конденсатора заполнить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε=2, то энергия отсоединенного от источника конденсатора
A ) увеличится в 2 раза B ) не изменится C ) уменьшится в 2 раза D ) уменьшится в 4 раза E ) увеличится в 4 раза
Электроемкость. Конденсаторы.
1. Электроемкостью проводника называется
A ) величина, определяемая зарядом, который необходимо сообщить проводнику, чтобы увеличить его потенциал на единицу B ) скалярная величина, определяемая работой, необходимой для перемещения единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность С ) величина, численно равная заряду на единицу площади проводника D ) величина, численно равная энергии, заключенной в единице объема электростатического поля E ) векторная величина, равная силе, действующей на единичный положительный заряд
2. Емкость конденсатора 0,25 мкФ, а разность потенциалов между пластинами 400 В. Энергия конденсатора
A ) 4∙10 -2 Дж B ) 5∙10 -2 Дж C ) 2∙10 -2 Дж D ) 6∙10 -2 Дж E ) 3∙10 -2 Дж
3. Электроемкость конденсатора С= 5 пФ, разность потенциалов между обкладками U = 1000 В, тогда заряд на каждой из обкладок конденсатора
A ) 5·10 -10 Кл B ) 10 -8 Кл С ) 5·10 -11 Кл D ) 5·10 -9 Кл E ) 10 -10 Кл
4. Плоский конденсатор зарядили от источника и отключили от него, а затем заполнили диэлектриком с ε=2 и увеличили расстояние между облаками конденсатора вдвое. Разность потенциалов на конденсаторе при этом
А) увеличится в 2 раза B ) увеличится в 4 раза C ) уменьшится в 2 раза
D ) уменьшится в 4 раза E )не изменится
5. Конденсатор подключен к аккумулятору. При увеличении расстояния между пластинами энергия конденсатора
A ) уменьшается B ) не изменяется С ) сначала уменьшается, затем увеличивается D ) увеличивается E ) сначала увеличивается, затем уменьшается
6. Формула, не соответствующая параллельному соединению
A ) B ) С )
7. Если заряд конденсатора 3,2 мКл, напряжение на обкладках 500 В, то энергия электрического поля конденсатора
A ) 800 Дж B ) 0,8 Дж С ) 0,08 Дж D ) 80 Дж E ) 8 Дж
8. Если С1= С2= С3= С4=3 мкФ, то электроемкость батареи конденсаторов
А) 2,25 мкФ В) 6 мкФ C ) 1,5 мкФ D ) 0,75 мкФ E ) 12 мкФ
9. Между пластинами конденсатора емкостью 500 пФ, имеющего две пластины площадью 10 см 2 каждая, находится диэлектрик (слюда) (ε=6; ε0=8,85·10 -12 Кл 2 /Н·м 2 ). Толщина диэлектрика равна
A ) 11 мм B ) 0,11 мм С ) 0,15 см D ) 1,5 см E ) 1,1 мм
10. Если удвоить напряжение на конденсаторе, то его энергия
A ) увеличится в 4 раза B ) увеличится в раз С ) увеличится в 2 раза
D ) не изменится E ) увеличится в раз
Электроемкость. Конденсаторы.
1. Где локализована энергия заряженного конденсатора?
A ) На обкладках B ) В подводящих проводах С )В пространстве между обкладками D ) Нет определенности E ) На облаках и в подводящих проводах
2. Конденсатор электроемкостью С=10 мкФ, заряжен до напряжения U =10 В. Энергия электрического поля конденсатора
A ) 5 Дж B ) 0,5 мДж С ) 5 мДж D ) 15 Дж E ) 5 М Дж
3. От источника напряжением 120 В конденсатор получил заряд 6∙10 -5 Кл. Емкость конденсатора
A ) 0,5 мкФ B ) 5 мкФ C ) 0,05 мкФ D ) 50 мкФ E ) 5 нФ
4. Конденсатор соединен с источником напряжения. Если пространство между обкладками заполнить диэлектриком с ε=5, то запасенная энергия конденсатора
A ) уменьшится в 25 раз B ) уменьшится в 5 раз С )увеличится в 5 раз
D ) не изменится E ) увеличится в 25 раз
5. Если разность потенциалов между обкладками конденсатора увеличить в n раз, то его электроемкость
A ) увеличится в раз B ) уменьшится в n раз С ) уменьшится в раз
D ) увеличится в n раз E ) не изменится
6. Электроемкость плоского конденсатора с диэлектриком внутри:
A ) B ) С ) D ) E )
7. На конденсаторе написано С= 1 мкФ, U = 2 кВ. Энергия конденсатора
A ) 6 Дж B ) 4 Дж С ) 5 Дж D ) 2 Дж E ) 3 Дж
8. С1=С2= 2 нФ, С3= 6 нФ. Определить электроемкость батареи конденсаторов.
D ) 2,4 нФ
9. Площадь пластины слюдяного конденсатора 15 см 2 , а расстояние между пластинами 0,02 см (ε=6; ε0=8,85·10 -12 Кл 2 /Н·м 2 ). Емкость конденсатора
A ) ≈ 300 пФ B ) ≈ 500 пФ С ) ≈ 200 пФ D ) ≈ 100 пФ E ) ≈ 400 пФ
10. Конденсатор отключен от источника. Если удвоить заряд на каждой из пластин конденсатора, то его энергия
A ) увеличится в 4 раза B ) увеличится в 8 раз С ) увеличится в 2 раза
Источник
Как изменится напряжение между пластинами конденсатора соединенного с источником тока при увеличении
2017-10-13 
Пластина из диэлектрика с проницаемостью е занимает все пространство между обкладками плоского конденсатора, расстояние между которыми равно $d$ (рис. 1). Конденсатор соединен с источником постоянного напряжения $U$. Диэлектрическую пластину вытягивают из конденсатора. Как нужно изменить расстояние между обкладками, чтобы энергия конденсатора приняла первоначальное значение? Рассмотреть два случая: 1) перед вытягиванием пластины конденсатор отсоединяют от источника напряжения; 2) ключ К остается все время замкнутым.
Рассмотрим вначале первый случай, когда перед тем, как вынуть пластину, конденсатор отсоединяют от источника. Это значит, что в дальнейшем заряды на пластинах конденсатора остаются неизменными. Поэтому для энергии конденсатора $W$ в этом случае удобно воспользоваться выражением
После вытягивания диэлектрической пластины емкость конденсатора, очевидно, уменьшается в е раз. Из формулы (1) видно, что энергия конденсатора при этом возрастает в $\epsilon$ раз: $W^ < \prime>= \epsilon W$. Чем объясняется увеличение электростатической энергии конденсатора? Так как источник напряжения отключен, то единственной причиной увеличения энергии может быть работа, совершаемая внешними силами при вытягивании диэлектрической пластины. Отсюда немедленно вытекает, что на диэлектрическую пластину, вытягиваемую из конденсатора, со стороны электрического поля действует сила, которая стремится втянуть пластину обратно. Именно с преодолением этой втягивающей силы и связано совершение работы, приводящее к увеличению энергии конденсатора.
Чтобы энергия конденсатора приобрела прежнее значение при неизменном заряде на его пластинах, нужно, как видно из формулы (1), чтобы емкость конденсатора приняла первоначальное значение в отсутствие диэлектрической пластины. Этого можно добиться, уменьшая расстояние между обкладками. Поскольку емкость плоского конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между его обкладками, то новое расстояние $d_<1>$ должно быть в $\epsilon$ раз меньше старого: $d_ <1>= d / \epsilon$.
То, что для уменьшения энергии конденсатора пластины должны сблизиться, можно увидеть и из закона сохранения энергии. Для уменьшения своей энергии система должна совершить положительную работу над внешними телами, т. е. притягивающиеся друг к другу разноименно заряженные обкладки конденсатора должны сблизиться. При этом над внешними телами совершается работа, так как для равномерного перемещения обкладок силы их взаимного притяжения должны быть уравновешены внешними силами.
Перейдем ко второму случаю. При замкнутом ключе К все время остается неизменным напряжение на конденсаторе. Теперь для энергии конденсатора более удобным является выражение
Так как при вытягивании диэлектрической пластины емкость конденсатора уменьшается в е раз, то во столько же раз уменьшается энергия конденсатора. Как можно объяснить уменьшение энергии конденсатора? Ведь при вытягивании диэлектрической пластины внешние силы совершают положительную работу, и энергия системы при этом должна возрастать. Она и действительно возрастает, но только система в этом случае кроме конденсатора содержит еще и источник напряжения. Что происходит в источнике при вытягивании пластины? Заряд конденсатора при уменьшении его емкости также уменьшается. Поэтому в процессе вытягивания пластины источник совершает отрицательную работу, ибо уменьшение заряда конденсатора сопровождается прохождением заряда через источник в обратном направлении. Если источник питания представляет собой аккумулятор, то он при этом заряжается.
Используя закон сохранения энергии, можно найти, какую работу совершают внешние силы при вытягивании пластины. Прежде всего покажем, что в цепи, где конденсатор присоединен к источнику питания, работа источника равна удвоенному изменению энергии конденсатора при любых происходящих процессах. Если заряд конденсатора изменился на $\Delta q$, то, как следует из формулы для энергии конденсатора $W$, записанной в виде
изменение энергии конденсатора
Источник питания при прохождении через него заряда $\Delta q$ совершает работу $A_ <ист>= \Delta U$. Поэтому
$A_ <ист>= 2 \Delta W$. (5)
Теперь можно составить уравнение баланса энергии для рассматриваемого в задаче процесса и найти работу внешних сил А:
$A + A_ <ист>= \Delta W$. (6)
Используя соотношение (5), отсюда находим
Поскольку энергия конденсатора уменьшается ($\Delta W 0$).
Ответ на поставленный в условии задачи вопрос виден уже из формулы (2): чтобы энергия конденсатора приняла прежнее значение, т. е. увеличилась в $\epsilon$ раз, необходимо увеличить емкость конденсатора тоже в $\epsilon$ раз. Для этого расстояние между пластинами, так же как в первом случае, нужно уменьшить в $\epsilon$ раз. Но, в отличие от первого случая, где при сближении обкладок энергия конденсатора убывала, здесь она возрастает. И это происходит несмотря на то, что при сближении обкладок конденсатора, как и в первом случае, совершается положительная работа над внешними телами. Выполнение закона сохранения энергии оказывается возможным благодаря тому, что источник напряжения совершает при сближении обкладок конденсатора положительную работу, которая обеспечивает и увеличение энергии конденсатора, и совершение работы над внешними телами.
То, что на вытягиваемую из конденсатора диэлектрическую пластину действует сила, стремящаяся втянуть ее обратно, мы увидели из энергетических соображений. Но как объяснить механизм возникновения этой силы? Диэлектрическая пластина в целом электронейтральна. В электрическом поле каждый элемент объема пластины становится подобным диполю, ориентированному вдоль поля. В тех местах, где электрическое поле однородно, действующие на такие диполи силы равны нулю. Сила отлична от нуля только там, где электрическое поле неоднородно. Поэтому, пока диэлектрическая пластина целиком находится внутри конденсатора, где электрическое поле однородно, действующая на нее сила равна нулю. Но как только часть пластины оказывается выдвинутой из конденсатора в область, где поле неоднородно, на диполи этой части пластины действуют силы, направленные туда, где напряженность поля больше, т. е. внутрь конденсатора. Таким образом, физическая причина появления втягивающей силы обусловлена неоднородностью электрического поля вблизи краев пластины конденсатора.
Источник
Как изменится напряжение между пластинами конденсатора соединенного с источником тока при увеличении
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА.
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ.
ЗАДАЧА 6.
Как изменятся напряженность электрического поля, напряжение и энергия заряженного плоского воздушного конденсатора при увеличении расстояния между пластинами в два раза?
Возможны два случая.
1. Если конденсатор заряжен до напряжения U и отключен от источника тока, то при раздвижении пластин неизменной величиной является электрический заряд q на его пластинах. При увеличении расстояния d между пластинами электроемкость конденсатора
уменьшается в два раза. Поэтому напряжение 
увеличивается в два раза.
Напряженность Е поля между пластинами
при одинаковом увеличении напряжения U и расстояния d остается постоянной.
Энергия конденсатора равна
Так как заряд q постоянен, а электроемкость С уменьшается в два раза, то энергия увеличивается в два раза. Увеличение энергии в два раза происходит за счет работы внешних сил, совершаемой при раздвижении пластин конденсатора.
2. Если конденсатор подключен к источнику тока, напряжение между его пластинами при их раздвигании остается постоянным. Напряженность поля при постоянном напряжении U и увеличении в два раза расстояния d уменьшается в два раза.
Энергия конденсатора равна
При постоянном напряжении U и уменьшении в два раза электроемкости C энергия уменьшается в два раза. Уменьшение энергии заряженного конденсатора происходит потому, что с уменьшением электроемкости при раздвигании пластин электрический заряд на его пластинах убывает в два раза, т.е. конденсатор разряжается.
Источник
Вакансии 
