На тонком кольце радиусом 10 см равномерно распределен заряд с линейной плотностью 10 нКл/м. Найти потенциал в точке, лежащей на оси кольца, на расстоянии 5 см от его центра.
от

1 Ответ

Дано:  
Радиус кольца (r) = 0.10 м  
Линейная плотность заряда (λ) = 10 нКл/м  
Расстояние до центра кольца (d) = 0.05 м  

Найти:  
Потенциал в точке, лежащей на оси кольца, на расстоянии 5 см от его центра.

Решение:  
Потенциал создаваемый элементом длины кольца может быть найден по формуле:
dU = k * (dq) / r,

где dq - элементарный заряд на элементе длины кольца,
k - постоянная Кулона ≈ 9*10^9 Н·м^2/Кл^2.

Так как заряд равномерно распределен, можем выразить dq через λ и dl:
dq = λ * dl.

Итак, потенциал в данной точке будет равен:
U = ∫dU = ∫k * (λ * dl) / r
U = k * λ / r * ∫dl
U = k * λ / r * l,

где l - длина дуги, определяемая через угол α.

Поскольку рассматривается точка, лежащая на оси кольца, то α = 2π, l = 2πr.

Подставляя значения, получаем:
U = k * λ / r * 2πr
U = 2πkλ.

U ≈ 2π * 9*10^9 * 10*10^-9,
U ≈ 56.54 В.

Ответ:  
Потенциал в точке, лежащей на оси кольца, на расстоянии 5 см от его центра, составляет примерно 56.54 В.
от