Два точечных заряда +10-8 и -10-8 Кл расположены в противоположных вершинах квадрата со стороной 4см. Вычислите: 1) напряженность поля в одной из свободных вершин квадрата, 2) силу, действующую на заряд 10-9 Кл, помещенный в эту вершину; 3) работу, затраченную на перемещение этого заряда в центр квадрата; 4) энергию системы зарядов после перемещения третьего.
1) Напряженность поля в одной из свободных вершин квадрата: Зная, что напряженность электрического поля определяется как отношение силы, действующей на заряд, к величине этого заряда, можно использовать формулу для напряженности поля:
E = F/q,
где E - напряженность поля, F - сила, действующая на заряд, q - величина заряда.
Сначала найдем силу, действующую на заряд в вершине квадрата. Для этого воспользуемся формулой для силы Кулона:
F = kq1q2/r^2,
где F - сила, k - постоянная Кулона (8,9910^9 Нм^2/Кл^2), q1 и q2 - заряды, r - расстояние между зарядами.
F = 8,9910^9 1010^-8 10*10^-8 / (0,04)^2 = 4,5 Н
Теперь подставим найденное значение силы и величину заряда в формулу для напряженности поля:
E = 4,5 Н / 1010^-9 Кл = 450000 Н/Кл = 4,510^5 Н/Кл.
2) Сила, действующая на заряд 10*10^-9 Кл, помещенный в вершину квадрата, равна 4,5 Н.
3) Работа, затраченная на перемещение этого заряда в центр квадрата: Так как электрическое поле консервативно, работа, необходимая для перемещения заряда внутри этого поля, равна изменению его потенциальной энергии:
W = ΔU = q*ΔV,
где W - работа, ΔU - изменение потенциальной энергии, q - величина заряда, ΔV - изменение потенциального напряжения.
Так как электрическое поле бесконечно слабо вдали от зарядов, потенциал в центре квадрата равен нулю. Тогда работа, необходимая для перемещения заряда в центр квадрата, равна нулю.
4) Энергия системы зарядов после перемещения третьего: После перемещения третьего заряда в центр квадрата, энергия системы зарядов не изменится, так как потенциальная энергия данной системы зависит только от расстояний между зарядами и их величин.
1) Напряженность поля в одной из свободных вершин квадрата:
Зная, что напряженность электрического поля определяется как отношение силы, действующей на заряд, к величине этого заряда, можно использовать формулу для напряженности поля:
E = F/q,
где E - напряженность поля, F - сила, действующая на заряд, q - величина заряда.
Сначала найдем силу, действующую на заряд в вершине квадрата. Для этого воспользуемся формулой для силы Кулона:
F = kq1q2/r^2,
где F - сила, k - постоянная Кулона (8,9910^9 Нм^2/Кл^2), q1 и q2 - заряды, r - расстояние между зарядами.
F = 8,9910^9 1010^-8 10*10^-8 / (0,04)^2 = 4,5 Н
Теперь подставим найденное значение силы и величину заряда в формулу для напряженности поля:
E = 4,5 Н / 1010^-9 Кл = 450000 Н/Кл = 4,510^5 Н/Кл.
2) Сила, действующая на заряд 10*10^-9 Кл, помещенный в вершину квадрата, равна 4,5 Н.
3) Работа, затраченная на перемещение этого заряда в центр квадрата:
Так как электрическое поле консервативно, работа, необходимая для перемещения заряда внутри этого поля, равна изменению его потенциальной энергии:
W = ΔU = q*ΔV,
где W - работа, ΔU - изменение потенциальной энергии, q - величина заряда, ΔV - изменение потенциального напряжения.
Так как электрическое поле бесконечно слабо вдали от зарядов, потенциал в центре квадрата равен нулю. Тогда работа, необходимая для перемещения заряда в центр квадрата, равна нулю.
4) Энергия системы зарядов после перемещения третьего:
После перемещения третьего заряда в центр квадрата, энергия системы зарядов не изменится, так как потенциальная энергия данной системы зависит только от расстояний между зарядами и их величин.