Две тонкие концентрические сферы имеют заряды 40 нKл и 50 нКл,
Две тонкие концентрические сферы имеют заряды 40 нKл и 50 нКл, равнораспределенные по поверхности. Найдите силу, действующую на точечный заряд 10 нКл, находящийся вне этих сфер на расстоянии 9 см от их центра.
Задать свой вопрос1 ответ
Леонид Шлегер
1. Уточним условие задачки:
Заряд первой сферы Q1 = +40 нКл
Заряд второй сферы Q2 = +50 нКл
2. План решения:
1) Выясним структуру поля, творимого сферами.
2) Найдём напряжённость электрического поля, которое творят сферы в точке размещения заряда.
3) Вычислим силу, действующую на пробный заряд q = +10 нКл по формуле F = qE
3. Ход решения
1) Структура поля. Симметрия задачки.
В электростатике существует, так именуемая, аксиома о единственности решения. Эта аксиома утверждает, что если совершенно точно задана объёмная плотность зарядов (в том числе точечные, линейные и поверхностные заряды), а так же потенциалы на проводниках, то задача о нахождении электростатического поля и потенциала имеет единственно решение.
В нашем случае заряды умеренно "размазаны" по поверхности сфер, т.е. можно считать что задана равномерная поверхностная плотность заряда. Если мы зафиксируем центр сфер, а потом начнём как угодно вращать их, то рассредотачивание зарядов не изменится, а значит при случайном повороте системы не поменяется и картина силовых линий электростатического поля (и само поле тоже). Разговаривают, что при повороте системы задачка перебегает сама в себя.
Если мы найдём конфигурацию силовых линий, удовлетворяющую этому условию, то найдём и единственное решение задачи.
Обычная логика дает подсказку, то силовые полосы электростатического поля ориентированы вдоль радиуса сфер (центрально-симметричное поле). Величина электрического поля зависит только от расстояния до центра сфер. Во всех других случаях задачка и её решение при повороте само в себя не перейдёт.
E = E(r) * r, здесь r - единичный радиус вектор, направленный от центра сфер к точечному заряду.
2) Величина электростатического поля E(r).
Воспользуемся теоремой Гаусса:
.
Поток вектора напряжённости электростатического поля через всякую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, содержащегося внутри этой поверхности.
В нашем случае комфортно взять сферическую поверхность радиусом r (великим чем радиус заряженных сфер). Учтём, что на этой поверхности E(r) = const. Тогда
Тут - площадь избранной нами cферы.
Тогда имеем:
3) Сила действующая на заряд.
F = qE
Тогда F = qE(r) r
Ответ приведён в ньютонах.
Заряд первой сферы Q1 = +40 нКл
Заряд второй сферы Q2 = +50 нКл
2. План решения:
1) Выясним структуру поля, творимого сферами.
2) Найдём напряжённость электрического поля, которое творят сферы в точке размещения заряда.
3) Вычислим силу, действующую на пробный заряд q = +10 нКл по формуле F = qE
3. Ход решения
1) Структура поля. Симметрия задачки.
В электростатике существует, так именуемая, аксиома о единственности решения. Эта аксиома утверждает, что если совершенно точно задана объёмная плотность зарядов (в том числе точечные, линейные и поверхностные заряды), а так же потенциалы на проводниках, то задача о нахождении электростатического поля и потенциала имеет единственно решение.
В нашем случае заряды умеренно "размазаны" по поверхности сфер, т.е. можно считать что задана равномерная поверхностная плотность заряда. Если мы зафиксируем центр сфер, а потом начнём как угодно вращать их, то рассредотачивание зарядов не изменится, а значит при случайном повороте системы не поменяется и картина силовых линий электростатического поля (и само поле тоже). Разговаривают, что при повороте системы задачка перебегает сама в себя.
Если мы найдём конфигурацию силовых линий, удовлетворяющую этому условию, то найдём и единственное решение задачи.
Обычная логика дает подсказку, то силовые полосы электростатического поля ориентированы вдоль радиуса сфер (центрально-симметричное поле). Величина электрического поля зависит только от расстояния до центра сфер. Во всех других случаях задачка и её решение при повороте само в себя не перейдёт.
E = E(r) * r, здесь r - единичный радиус вектор, направленный от центра сфер к точечному заряду.
2) Величина электростатического поля E(r).
Воспользуемся теоремой Гаусса:
.
Поток вектора напряжённости электростатического поля через всякую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, содержащегося внутри этой поверхности.
В нашем случае комфортно взять сферическую поверхность радиусом r (великим чем радиус заряженных сфер). Учтём, что на этой поверхности E(r) = const. Тогда
Тут - площадь избранной нами cферы.
Тогда имеем:
3) Сила действующая на заряд.
F = qE
Тогда F = qE(r) r
Ответ приведён в ньютонах.
Боякин
Женек
А там где F=k(Q1+Q2)q/r стоит в знаменателе r, разве не r^2?
Жека Велтищев
У меня какого-то х... ответ в ответах 1мН
Vitalka Sjurko
да. описался. r^2 тащится от площади сферы. численный ответ на данный момент пересчитаю. спасибо.
Злата Швейкина
Если r^2 то получится 9 мн, но почему в ответе 1?
Эльвира Дрожак
Нене все спасибо
, оставишь ответ?
Похожие вопросы
-
Вопросы ответы
Новое
NEW
Статьи
Информатика
Статьи
Последние вопросы
Игорь 14 лет назад был на 8 лет моложе, чем его
Математика.
Два тела массами m1 и m2 находящие на расстоянии R друг
Физика.
В сосуде 4целых одна пятая литр воды что бы заполнить сосуд
Математика.
Двум малярам Диме И Олегу поручили выкрасить фасад дома они разделили
Разные вопросы.
найти порядковый номер 41Э если в ядре 20 нейтронов
Разные вопросы.
в ряду натуральных чисел 3, 8, 10, 24, … 18 одно
Математика.
Предприятие по производству с/хоз продукции на производство затратило 3527000 руб Валовый
Разные вопросы.
Математика, задано на каникулы. ВАРИАНТ 1004
НОМЕР 1,2,3,4,5,6,7,8.
Математика.
Имеются три конденсатора емкостью С1=1мкФ, С2=2мкФ и С3=3мкФ. Какую наименьшую емкость
Физика.
Из точки м выходят 3 луча MP MN и MK причём
Геометрия.
Облако тегов