Проводящая сфера равномерно заряжена с поверхностной плотностью заряда σ=1,1*10⁻⁷ Кл/м². Определить напряжённость электрического поля: 1) В центре сферы; б) На расстоянии от центра, равном половине её радиуса; в) вблизи поверхности сферы. г) на расстоянии от поверхности, равном утроенному радиусу сферы.
Для нахождения напряжённости электрического поля внутри проводящей сферы можно воспользоваться теоремой Гаусса. Так как сфера равномерно заряжена, то электрическое поле внутри сферы будет равно нулю.
1) В центре сферы напряжённость электрического поля равна 0.
2) На расстоянии от центра, равном половине радиуса, поля на поверхности сферы не считаются, т.к. напряжённость поля в проводнике всегда направлена по нормали к поверхности. Находясь внутри проводящего шара, т.е., R/2 < r < R, поле равно тоже нулю.
3) Вблизи поверхности сферы находится заряженная оболочка толщиной d = R - r, где R - радиус сферы, r - расстояние от центра сферы до точки внутри сферы. Воспользуемся теоремой Гаусса, площадь элемента dS = dScos(180°) и вектор E dS = EdScos(0°), где E - вектор напряженности поля. Таким образом, произведение EdScos(0°) = EdS = Q/ε₀, где Q - заряд внутри сферы, ε₀ - постоянная диэлектрической проницаемости. dQ = σdS - заряд на площадке dS, σ - плотность заряда. Мы можем заменить заряд Q на σS, где S = 4πr² - площадь поверхности сферы внутри проводника с радиусом r. Таким образом, получаем E = (σdScos(180°))/(ε₀dS) = σ/(ε₀), но так как pwdS = S(ρ/ε₀), где p - поверхностная плотность заряда, то: E = p/ε₀. Подставив значения получаем E = 1,110⁻⁷/(8,8510⁻¹²) = 1,2*10⁴ В/м.
4) На расстоянии от поверхности, равном утроенному радиусу сферы, рассмотрим новый шар с радиусом r = 3R. Применяя закон Гаусса, получаем, что напряжённость электрического поля на расстоянии r от поверхности проводящей сферы равно E = p/(3ε₀). Подставив значения, получаем E = 0,4*10⁴ В/м.
Таким образом, напряжённость электрического поля: 1) В центре сферы - 0; 2) На расстоянии от центра, равном половине радиуса - 0; 3) Вблизи поверхности сферы - 1,210⁴ В/м; 4) На расстоянии от поверхности, равном утроенному радиусу сферы - 0,410⁴ В/м.
Для нахождения напряжённости электрического поля внутри проводящей сферы можно воспользоваться теоремой Гаусса. Так как сфера равномерно заряжена, то электрическое поле внутри сферы будет равно нулю.
1) В центре сферы напряжённость электрического поля равна 0.
2) На расстоянии от центра, равном половине радиуса, поля на поверхности сферы не считаются, т.к. напряжённость поля в проводнике всегда направлена по нормали к поверхности. Находясь внутри проводящего шара, т.е., R/2 < r < R, поле равно тоже нулю.
3) Вблизи поверхности сферы находится заряженная оболочка толщиной d = R - r, где R - радиус сферы, r - расстояние от центра сферы до точки внутри сферы. Воспользуемся теоремой Гаусса, площадь элемента dS = dScos(180°) и вектор E dS = EdScos(0°), где E - вектор напряженности поля. Таким образом, произведение EdScos(0°) = EdS = Q/ε₀, где Q - заряд внутри сферы, ε₀ - постоянная диэлектрической проницаемости.
dQ = σdS - заряд на площадке dS, σ - плотность заряда.
Мы можем заменить заряд Q на σS, где S = 4πr² - площадь поверхности сферы внутри проводника с радиусом r.
Таким образом, получаем E = (σdScos(180°))/(ε₀dS) = σ/(ε₀), но так как pwdS = S(ρ/ε₀), где p - поверхностная плотность заряда, то:
E = p/ε₀. Подставив значения получаем E = 1,110⁻⁷/(8,8510⁻¹²) = 1,2*10⁴ В/м.
4) На расстоянии от поверхности, равном утроенному радиусу сферы, рассмотрим новый шар с радиусом r = 3R. Применяя закон Гаусса, получаем, что напряжённость электрического поля на расстоянии r от поверхности проводящей сферы равно E = p/(3ε₀). Подставив значения, получаем E = 0,4*10⁴ В/м.
Таким образом, напряжённость электрического поля: 1) В центре сферы - 0; 2) На расстоянии от центра, равном половине радиуса - 0; 3) Вблизи поверхности сферы - 1,210⁴ В/м; 4) На расстоянии от поверхности, равном утроенному радиусу сферы - 0,410⁴ В/м.