В пространстве между двумя бесконечными параллельными плоскостями находится заряженный слой с постоянной объемной плотностью заряда р. Толщина слоя a. Найдите зависимость напряженности электрического поля от расстояния, отсчитанного от середины слоя. Найдите разность потенциалов между серединой слоя и точкой, находящейся на расстоянии x от нее.
от

1 Ответ

Дано:
Плотность заряда слоя: ρ
Толщина слоя: a
Расстояние от середины слоя: x

Решение:
Поскольку слой заряжен, внутри него создается электрическое поле. Для нахождения напряженности поля воспользуемся законом Гаусса. Рассмотрим прямоугольный контур, который перпендикулярен плоскостям и проходит через середину слоя. Площадь этого контура равна S = 2aL, где L - расстояние между плоскостями.

Закон Гаусса для электрического поля имеет вид:

∮E*dS = Q/ε₀

где Q - заряд, заключенный внутри контура, ε₀ - абсолютная диэлектрическая проницаемость.

Изобразим контур и рассчитаем заряд, заключенный внутри него:

      |-----L-----|
      |           |
      |-----------|   <- контур
           2a

Заряд, заключенный внутри контура, равен объемному заряду слоя, умноженному на объем контура:

Q = ρ * a * 2a * L = 2a²L * ρ

Из-за симметрии поля вектор напряженности электрического поля E будет направлен перпендикулярно плоскостям и не будет зависеть от координаты y.

Таким образом, используя закон Гаусса и найденный заряд, получаем:

E*S = Q/ε₀
E * 2aL = 2a²L * ρ / ε₀
E = ρ * a / ε₀

Зависимость напряженности электрического поля от расстояния x (отсчитанного от середины слоя) будет линейной, так как поле является однородным во всех точках слоя.

Разность потенциалов между серединой слоя и точкой, находящейся на расстоянии x от нее, можно найти с помощью формулы для разности потенциалов между двумя точками в однородном поле:

ΔV = -E * x

Ответ:
Зависимость напряженности электрического поля от расстояния x (отсчитанного от середины слоя) равна E = ρ * a / ε₀. Разность потенциалов между серединой слоя и точкой, находящейся на расстоянии x от нее, равна ΔV = - E * x.
от