Два заряженных шара с радиусами 10 см и 20 см имеют потенциалы по 15 В каждый. Чему будут равны потенциалы шаров (соответственно меньшего и большего радиуса) после соединения их тонким проводником?
от

1 Ответ

Дано:  
Р1 = 15 В  
Р2 = 15 В  
r1 = 10 см = 0.10 м  
r2 = 20 см = 0.20 м  

Найти:  
Потенциалы шаров после соединения  

Решение:  
Когда два заряженных тела соединяются проводником, заряды начинают распределяться так, чтобы потенциал стал одинаковым на обоих телах. Поскольку потенциал зависит от количества заряда и радиуса тела, то для нахождения нового потенциала необходимо учесть закон сохранения заряда.

Q1 = C1 * V1  
Q2 = C2 * V2  
Q1 + Q2 = (C1 + C2) * V  

C = ε * A / r  
Q = C * V  
ε - диэлектрическая проницаемость вакуума,  
A - площадь поверхности шара,  
r - радиус шара.  

Для первого шара:  
С1 = ε * 4πr1  
Q1 = ε * 4πr1 * V1  

Для второго шара:  
С2 = ε * 4πr2  
Q2 = ε * 4πr2 * V2  

После соединения:  
Qtotal = Q1 + Q2 = (C1 + C2) * V  
ε * 4π(r1 + r2) * Vnew = ε * 4πr1 * V1 + ε * 4πr2 * V2  
(r1 + r2) * Vnew = r1 * V1 + r2 * V2  

Vnew = (r1 * V1 + r2 * V2) / (r1 + r2)  

Подставим значения:  
Vnew = (0.10 * 15 + 0.20 * 15) / (0.10 + 0.20)  
Vnew = (1.5 + 3) / 0.30  
Vnew = 4.5 / 0.30  
Vnew = 15 В  

Ответ:  
После соединения потенциалы шаров (соответственно меньшего и большего радиуса) будут равны 15 В каждый.  
Ответ:  15 В и 15 В
от