6.6.10. Батарея из $n$ последовательно соединенных одинаковых конденсаторов заряжена до разности потенциалов $V$ . Конденсаторы заполнены жидким диэлектриком с диэлектрической проницаемостью $\varepsilon$. Как изменится разность потенциалов, если из $k$ конденсаторов вытечет диэлектрик? Конденсаторы отсоединены от источника тока.
Решение
При вытекании диэлектрика меняется ёмкость конденсатора: $$C_2=\frac{C_1}{\varepsilon }\tag{1}$$ Напряжение батареи можно найти как $$V=\frac{Q}{C_{total}}\tag{2}$$ В замкнутой системе заряд сохраняется, значит $$V'=V\frac{C_{total 1}}{C_{total 2}}\tag{3}$$ Воспользуемся правилом для последовательного соединения конденсаторов $$\frac{1}{C_{total 1}}=\sum_{i=1}^n\frac{1}{C_1}=\frac{n}{C_1}\tag{4}$$ $$\frac{1}{C_{total 2}}=\sum_{i=1}^{n-k}\frac{1}{C_1}+\sum_{i=1}^k\frac{1}{C_2}=\frac{n-k}{C_1}+\frac{k}{C_2}=\frac{n-k{(1-\varepsilon)}}{C_1}\tag{5}$$ $$V'=V\frac{C_{total 1}}{C_{total 2}}=V\frac{n-k(1-\varepsilon)}{n}=V+V\frac{k(\varepsilon-1)}{n}\tag{6}$$ $$\Delta V=V'-V=V\frac{k(\varepsilon-1)}{n}\tag{7}$$