1

المرجع الالكتروني للمعلوماتية

تاريخ الفيزياء

علماء الفيزياء

الفيزياء الكلاسيكية

الميكانيك

الديناميكا الحرارية

الكهربائية والمغناطيسية

الكهربائية

المغناطيسية

الكهرومغناطيسية

علم البصريات

تاريخ علم البصريات

الضوء

مواضيع عامة في علم البصريات

الصوت

الفيزياء الحديثة

النظرية النسبية

النظرية النسبية الخاصة

النظرية النسبية العامة

مواضيع عامة في النظرية النسبية

ميكانيكا الكم

الفيزياء الذرية

الفيزياء الجزيئية

الفيزياء النووية

مواضيع عامة في الفيزياء النووية

النشاط الاشعاعي

فيزياء الحالة الصلبة

الموصلات

أشباه الموصلات

العوازل

مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة

فيزياء الجوامد

الليزر

أنواع الليزر

بعض تطبيقات الليزر

مواضيع عامة في الليزر

علم الفلك

تاريخ وعلماء علم الفلك

الثقوب السوداء

المجموعة الشمسية

الشمس

كوكب عطارد

كوكب الزهرة

كوكب الأرض

كوكب المريخ

كوكب المشتري

كوكب زحل

كوكب أورانوس

كوكب نبتون

كوكب بلوتو

القمر

كواكب ومواضيع اخرى

مواضيع عامة في علم الفلك

النجوم

البلازما

الألكترونيات

خواص المادة

الطاقة البديلة

الطاقة الشمسية

مواضيع عامة في الطاقة البديلة

المد والجزر

فيزياء الجسيمات

الفيزياء والعلوم الأخرى

الفيزياء الكيميائية

الفيزياء الرياضية

الفيزياء الحيوية

الفيزياء العامة

مواضيع عامة في الفيزياء

تجارب فيزيائية

مصطلحات وتعاريف فيزيائية

وحدات القياس الفيزيائية

طرائف الفيزياء

مواضيع اخرى

علم الفيزياء : مواضيع عامة في الفيزياء : مواضيع اخرى :

Parallel Plate Capacitor in Dielectric Bath

المؤلف:  Sidney B. Cahn Boris E. Nadgorny

المصدر:  A GUIDE TO PHYSICS PROBLEMS

الجزء والصفحة:  part 1 , p 50

11-8-2016

2093

Parallel Plate Capacitor in Dielectric Bath

A parallel plate capacitor with square plates of side L and plate separation d is charged to a potential V and disconnected from the battery. It is then vertically inserted into a large reservoir of dielectric liquid with relative dielectric constant and density until the liquid fills half the space between the capacitor plates as shown in Figure 1.1.

Figure 1.1

a) What is the capacitance of the system?

b) What is the electric field strength between the capacitor plates?

c) What is the distribution of charge density over the plates?

d) What is the difference in vertical height between the level of liquid within the capacitor plates and that in the external reservoir?

SOLUTION

a) The capacitance of the parallel plate and dielectric system is simply the sum of two capacitors in parallel:

b) The charge is constant as the plates are lowered into the dielectric bath, but the potential between the plates is not. After charging, Q = C0V. Lowering the plates into the fluid to a height L/2 changes C from C0 to C0(1 + ε)/2. The new potential V' may be found from

So

Since |V| = |E| d

c) From Maxwell’s equation we find that D = 4πσ, but D = εE, so

From (b), we obtain

where the fluid is between the plates. The surface charge density where there is no fluid is

d) To determine the height difference between the liquid between the plates and in the external reservoir, we consider the sum of the electrical and gravitational potential energies of the capacitor and fluid. Let the height difference be given by h and a small change in the height be produced by ζ (see Figure 1.2) . The gravitational potential energy is given by the integral

 Figure 1.2

so that the total potential energy

(1)

Again we have written the electrical potential energy in terms of the charge Q, since the potential changes as the fluid rises or falls. Writing out the capacitance, we get

(2)

At equilibrium, the force on the liquid is zero, or the derivative of the potential energy is zero

At equilibrium, i.e., ζ = 0,

(3)

(4)

Rewriting (4) in terms of V, we obtain

Alternatively, we can use the result (6) and equate the force

(5)

to the weight of the dielectric

(6)

From (5) and (6) we find

as in (4).

EN

تصفح الموقع بالشكل العمودي