Se cargan 2 placas metálicas paralelas y se introduce lentamente un dieléctrico entre ellas. Se estudian los casos en que la batería se desconecta o permanece conectada.
Cambiar las condiciones:
Cambiar los valores con el control deslizante
電池を外して板間全体を比誘電率4の誘電体で満たすと、エネルギーは何倍か？
電池につないだまま同じ誘電体を入れると、蓄えられるエネルギーは何倍か？
Explicar el fenómeno a partir de las ecuaciones
1Una carga se desplaza en un campo eléctricoW=q E d……
2El potencial eléctrico se define como la energía potencial por cada 1 C de carga eléctricaU=q φ……
3La diferencia de potencial eléctrico se relaciona con el campo eléctricoV=E d……
4Se calcula el potencial eléctrico alrededor de una carga puntualφ=k Qr……
5Se unen los puntos con el mismo potencial eléctricoE⊥Líneas equipotenciales……
6Se aplica un voltaje entre 2 placasQ=C V，C=ε₀ Sd……
7Se introduce un dieléctrico entre las placas y se calcula la capacitanciaC'=εr ε₀ Sd……
A partir de aquí, U representa la energía total almacenada en el condensador (en el paso 2, U = qφ representa la energía potencial de la carga de prueba). La carga durante el proceso se denota por q y la carga final, por Q.
8La energía almacenada se calcula a partir del trabajo necesario para cargar el condensadorU=½ Q V=½ C V²……
9Se introduce el dieléctrico con la batería desconectadaU'=Q²2 εr C=Uεr……
10Se introduce el dieléctrico con la batería conectadaU'=½ εr C V²=εr U……
Ampliación: capacitancia equivalente y energía del campo eléctrico
11Se conectan los condensadoresEn paralelo: C₁+C₂，En serie: 11/C₁ + 1/C₂……
12La energía se expresa en función del campo eléctricou=½ ε₀ E²……
Lo aprendido en este capítulo
Al introducir un dieléctrico, aumenta la capacitancia C. Si la batería está desconectada, Q permanece constante, por lo que V=Q/C disminuye y la energía almacenada U=½CV² se reduce. Si la batería permanece conectada, V es constante, por lo que Q=CV aumenta y la energía almacenada también aumenta. En ambos casos, el dieléctrico eleva la pesa mientras es atraído hacia el interior.
0.25 veces el valor inicialU' después de la inserción/U antes de la inserción
Al introducir el mismo dieléctrico con la batería conectada, la energía aumenta hasta 4 veces su valor inicial.
En la vida cotidianaEl flash de una cámara emite luz al hacer circular de golpe la carga eléctrica almacenada en un condensador.
Resumen detallado
El trabajo de la fuerza electrostática no depende de la trayectoria, por lo que se puede definir una energía potencial, como ocurre con la gravedad. El potencial eléctrico φ es la energía potencial por cada 1 C de carga eléctrica, y el campo eléctrico indica la pendiente del potencial eléctrico. Un condensador almacena una carga eléctrica proporcional a la tensión y una energía ½CV² en el campo eléctrico entre sus placas. Al introducir un dieléctrico, el aumento o la disminución de la energía depende de si se mantiene constante la carga eléctrica o la tensión.