В шаре радиуса 2R, несущем равномерно распределенный заряд с объемной плотностью р = 10мкКл/м3, сделан сферический вырез радиусом R. Используя теорему Остроградского-Гаусса и принцип суперпозиции электрических полей, найти напряженность Е поля в точках О, А и В. Радиус R = 10 см.
Для начала найдем заряд q, заключенный внутри сферы радиусом R. Заряд равномерно распределен по объему, поэтому заряд в сфере можно найти как произведение объема сферы на объемную плотность заряда:
Теперь найдем напряженность Е поля в точке О (в центре шара). По теореме Остроградского-Гаусса, напряженность поля внутри сферы равна нулю, так как вся заряженность сферы находится за пределами точки О.
Е(О) = 0
Далее найдем напряженность Е поля в точке A. Для этого можно представить сферу радиусом 2R как суперпозицию двух сфер: полной сферы радиусом 2R и вырезанной сферы радиусом R. Так как поле внутри сферы радиусом R равно нулю, то поле в точке A равно полю, создаваемому полной сферой.
Наконец, найдем напряженность поля в точке B. Для этого можно представить сферу радиусом 2R как суперпозицию сферы радиусом R и сферы радиусом R с отрицательным зарядом -q. Так как весь заряд сферы радиусом R скомпенсируется зарядом -q, поле в точке B будет равно нулю.
Е(B) = 0
Итак, мы получили следующие значения напряженности поля: Е(О) = 0 Е(A) ≈ 1130.4 N/C Е(B) = 0
Для начала найдем заряд q, заключенный внутри сферы радиусом R. Заряд равномерно распределен по объему, поэтому заряд в сфере можно найти как произведение объема сферы на объемную плотность заряда:
q = p V
q = p (4/3 π R^3)
q = 10 10^-6 (4/3 π (0.1)^3)
q = 4 3.14 10^-6 (0.001/3)
q = 4 3.14 10^-6 0.00033
q ≈ 4 3.14 10^-9
Теперь найдем напряженность Е поля в точке О (в центре шара). По теореме Остроградского-Гаусса, напряженность поля внутри сферы равна нулю, так как вся заряженность сферы находится за пределами точки О.
Е(О) = 0
Далее найдем напряженность Е поля в точке A. Для этого можно представить сферу радиусом 2R как суперпозицию двух сфер: полной сферы радиусом 2R и вырезанной сферы радиусом R. Так как поле внутри сферы радиусом R равно нулю, то поле в точке A равно полю, создаваемому полной сферой.
Е(A) = k q / (2R)^2
Е(A) = 9 10^9 4 3.14 10^-9 / (20.1)^2
Е(A) ≈ 9 10^9 4 3.14 10^-9 / 0.04
Е(A) ≈ 9 4 3.14 * 10
Е(A) ≈ 1130.4 N/C
Наконец, найдем напряженность поля в точке B. Для этого можно представить сферу радиусом 2R как суперпозицию сферы радиусом R и сферы радиусом R с отрицательным зарядом -q. Так как весь заряд сферы радиусом R скомпенсируется зарядом -q, поле в точке B будет равно нулю.
Е(B) = 0
Итак, мы получили следующие значения напряженности поля:
Е(О) = 0
Е(A) ≈ 1130.4 N/C
Е(B) = 0