Условие
6.4.16. Как изменится энергия конденсатора, если при той же разности потенциалов между пластинами увеличить все его геометрические размеры в $k$ раз? При тех же размерах увеличить заряд в $n$ раз?
Решение
Ёмкость конденсатора:
$$C=\frac{\varepsilon_{0}S}{d}$$
Энергия конденсатора:
$$W=\frac{1}{2}CU^{2}\Longrightarrow W=\frac{\varepsilon_{0}SU^{2}}{2d}$$
При увеличении всех размеров в $k$ раз:
$$S^{'}\to k^{2}S$$ $$d^{'}\to kd$$
Тогда энергия после маштабирования при $U=const$ :
$$W^{'}=\frac{\varepsilon_{0}k^{2}SU^{2}}{2kd}=k\frac{\varepsilon_{0}SU^{2}}{2d}=kW$$
Итак, энергия увеличится в $k$ раз.
Энергию конденсатора можна записать через заряд:
$$W=\frac{Q^{2}}{2C}$$
Если $Q^{'}\to nQ$ и $C=const$ , тогда:
$$W^{'}=\frac{(nQ)^{2}}{2C}=n^{2}\frac{Q^{2}}{2C}=n^{2}W$$
Итак, энергия увеличится в $n^{2}$ раз.
Ответ
Увеличится в $k$ раз. Увеличится в $n^{2}$ раз.