11.6.9. Внутри плоского конденсатора параллельно его обкладкам движется со скоростью $v$ проводящая пластина, толщина которой равна половине расстояния между обкладками конденсатора. На обкладках конденсатора поддерживается напряжение $V$ , расстояние между ними $h$.
$а.$ Чему равна индукция магнитного поля внутри проводника? между движущимся проводником и обкладками конденсатора?
$б.$ Как изменится индукция магнитного поля в пластине, если проводник заменить диэлектриком с диэлектрической проницаемостью $\varepsilon$?
Решение
$a.$ Систему можно представить как 2 конденсатора: $$\frac{1}{C_{total}}=\frac{h/4}{\varepsilon_0S}+\frac{h/4}{\varepsilon_0S}$$
Поле внутри конденсатора: $$E=\frac{\sigma}{\varepsilon_0}=\frac{q}{\varepsilon_0S}=\frac{C_{total}V}{\varepsilon_0S}=\frac{2V}{h}$$
Проводящая пластина полностью "вытесняет" поле внутри себя, создавая такое же по модулю противонаправленное поле. Рассмотрим участок, на который пластина сдвинулась за $dt$ (который за $dt$ оказался внутри пластины ) $$\oint\vec{B}d\vec{l}=\mu_0\varepsilon_0\frac{d}{dt}\left(\int\int\vec{E}d\vec{S}\right)$$ $$B\cdot2l=\mu_0\varepsilon_0vlE$$ $$B=\frac{\mu_0\varepsilon_0 v V}{h}$$ Рассматривая участок, который пластина покинула в течении $dt$, видим, отличие лишь в знаке изменения потока электрического поля, поэтому в этом случае ответ имеет противоположный знак
$б.$ Поле внутри диэлектрика не исчезает, а уменьшается в $\varepsilon$ раз. Учетм, что напряжение на пластинах конденсатора постоянно, поэтому поле внутри изменится по сравнению с п. $a$ из- за изменения ёмкости: $$\frac{1}{C_{total}}=\frac{h/4}{\varepsilon_0S}+\frac{h/4}{\varepsilon_0S}+\frac{h/2}{\varepsilon_0\varepsilon S}=\frac{h(\varepsilon+1)}{2\varepsilon_0\varepsilon S}$$ $$E=\frac{q}{\varepsilon_0S}=\frac{C_{total}V}{\varepsilon_0S}=\frac{2V\varepsilon}{h(\varepsilon+1)}$$ $$\oint\vec{B}d\vec{l}=\mu_0\varepsilon_0\frac{d}{dt}\left(\int\int\vec{E}d\vec{S}\right)$$ $$B\cdot2l=\mu_0\varepsilon_0vl\left(E-\frac{E}{\varepsilon}\right)=\mu_0\varepsilon_0vlE\left(\frac{\varepsilon-1}{\varepsilon}\right)$$ $$B=\frac{\mu_0\varepsilon_0 v V}{h}\left(\frac{\varepsilon-1}{\varepsilon+1}\right)=B_a\left(\frac{\varepsilon-1}{\varepsilon+1}\right)$$
Ответ
$а. B = \frac{\mu_0\varepsilon_0 v V}{h} \ \text{ внутри проводника}, B = −\frac{\mu_0\varepsilon_0 v V}{h} \ \text{ между проводником и обкладками конденсатора.}$
$б. \text{Уменьшится в } \frac{\varepsilon+1}{\varepsilon-1} \ \text{ раз.}$