С помощью теоремы Остроградского — Гаусса рассчитайте и изобразите графически Поле двух концентрических равномерно и разноименно заряженных сферических поверхностей (сферический конденсатор)
Для решения этой задачи воспользуемся теоремой Остроградского — Гаусса, которая гласит, что полный поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность равен заряду, заключенному внутри этой поверхности, деленному на электрическую постоянную.
Для концентрических сферических поверхностей радиусов (R_1) и (R_2) у нас имеется положительно заряженная поверхность с зарядом (Q) и отрицательно заряженная поверхность с зарядом (-Q), где (Q) - положительное число.
Примем за поверхностный элемент поверхность с радиусом (r) и площадью (dS = 4\pi r^2 dr). Тогда по формуле Гаусса можно записать:
[E \cdot dS = \frac{Q}{\varepsilon_0}]
[E \cdot 4\pi r^2 dr = \frac{Q}{\varepsilon_0}]
Отсюда найдем значение вектора напряженности электрического поля:
Таким образом, поле на поверхности сфер равно (E = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \cdot \frac{Q}{r^2}), где (r) - радиус сферы.
Изобразим графически поле двух концентрических равномерно и разноименно заряженных сферических поверхностей:
Внешняя сфера с положительным зарядом: Направление вектора напряженности электрического поля будет направлено от положительно заряженной сферы к отрицательно заряженной сфере.
Внутренняя сфера с отрицательным зарядом: Разноименно заряженная сфера будет создавать электрическое поле с тем же направлением, что и поле положительно заряженной сферы.
Таким образом, поле между сферами будет направлено от положительно заряженной сферы к отрицательно заряженной сфере, а снаружи обе сферы будут создавать поле направленное в противоположном направлении.
Для решения этой задачи воспользуемся теоремой Остроградского — Гаусса, которая гласит, что полный поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность равен заряду, заключенному внутри этой поверхности, деленному на электрическую постоянную.
Для концентрических сферических поверхностей радиусов (R_1) и (R_2) у нас имеется положительно заряженная поверхность с зарядом (Q) и отрицательно заряженная поверхность с зарядом (-Q), где (Q) - положительное число.
Примем за поверхностный элемент поверхность с радиусом (r) и площадью (dS = 4\pi r^2 dr). Тогда по формуле Гаусса можно записать:
[E \cdot dS = \frac{Q}{\varepsilon_0}]
[E \cdot 4\pi r^2 dr = \frac{Q}{\varepsilon_0}]
Отсюда найдем значение вектора напряженности электрического поля:
[E = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \cdot \frac{Q}{r^2}]
Таким образом, поле на поверхности сфер равно (E = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0} \cdot \frac{Q}{r^2}), где (r) - радиус сферы.
Изобразим графически поле двух концентрических равномерно и разноименно заряженных сферических поверхностей:
Внешняя сфера с положительным зарядом:
Направление вектора напряженности электрического поля будет направлено от положительно заряженной сферы к отрицательно заряженной сфере.
Внутренняя сфера с отрицательным зарядом:
Разноименно заряженная сфера будет создавать электрическое поле с тем же направлением, что и поле положительно заряженной сферы.
Таким образом, поле между сферами будет направлено от положительно заряженной сферы к отрицательно заряженной сфере, а снаружи обе сферы будут создавать поле направленное в противоположном направлении.