С помощью теоремы Остроградского-Гаусса вывести формулу для расчёта напряжённости поля...

0 голосов
82 просмотров

С помощью теоремы Остроградского-Гаусса вывести формулу для расчёта напряжённости поля металлического шара, заряженного зарядом q. Построить график


Физика (359 баллов) | 82 просмотров
Дан 1 ответ
0 голосов
Правильный ответ

Закон Гаусса:

Поток напряженности электрического поля через произвольную поверхность, окружающую тело, равен заряду тела, умноженному на 4π.

Окружим заряженный шар сферой,  радиуса r.

Сначала положим r>R, где R - радиус шара.

Из вышеописанного закона:

\int_{S} E dS = 4\pi q, где интеграл берется по поверхности радиуса r.

Из симметричности задачи следует, что напряженность E в каждой точке сферы r одинакова (и направлена вдоль радиуса), то есть E=const в подинтегральм выражении. Тогда:

E \int dS = E4\pi r^2 = 4\pi q.

Отсюда: E = \frac{q}{r^2}.

Для нахождения поля внутри шара, при r

\rho = q/V = \frac{q}{4/3 \pi R^3}.

Аналогично, найдем поток напряженности поля через сферу, радиуса r. Точно также, из симметрии, считаем E = const (на этой сфере). Тогда:

\int_{S} E dS = E 4\pi r^2 = 4\pi q_{in}.

Здесь, q_{in} - заряд шара, радиуса r:

q_{in} = q V_{in}/V = q (r/R)^3.

Подставляя в выражение для E, получим:

E = \frac{q r}{R^3}.

Ниже представлен график модули напряженности электрического поля для всех r.


image
(3.2k баллов)
0

благодарен