Шар радиусом 5 см, заряженный до потенциала 100 кВ, соединили длинной проволокой с незаряженным шаром, радиус которого 6 см. Найдите заряд каждого шара, если они находятся в воздухе.
от

1 Ответ

Дано:  
R1 = 5 см = 0.05 м (радиус первого шара)  
R2 = 6 см = 0.06 м (радиус второго шара)  
U1 = 100 кВ = 100000 В (потенциал первого шара)  
U2 = 0 В (потенциал второго шара, так как он незаряженный)

Найти: заряд каждого шара после соединения.

Решение:
При соединении заряженного шара с незаряженным, заряды на шарах перераспределяются до тех пор, пока потенциалы не станут равными.

1. Найдем емкости обоих шаров. Емкость сферы определяется формулой:

C = 4 * pi * epsilon_0 * R

Где epsilon_0 = 8.85 * 10^(-12) Ф/м (постоянная диэлектрическая проницаемость вакуума).

Для первого шара:
C1 = 4 * pi * (8.85 * 10^(-12)) * (0.05)  
C1 ≈ 5.54 * 10^(-13) Ф

Для второго шара:
C2 = 4 * pi * (8.85 * 10^(-12)) * (0.06)  
C2 ≈ 6.68 * 10^(-13) Ф

2. Теперь найдем заряд Q1 на первом шаре до соединения:

Q1 = C1 * U1  
Q1 = (5.54 * 10^(-13)) * (100000)  
Q1 ≈ 5.54 * 10^(-8) Кл

3. После соединения шаров общий заряд Q_total будет равен Q1 (так как второй шар изначально незаряжен):

Q_total = Q1  
Q_total ≈ 5.54 * 10^(-8) Кл

4. Потенциал U_final после соединения можно найти по формуле:

U_final = Q_total / (C1 + C2)

Сначала найдем C1 + C2:

C_total = C1 + C2  
C_total ≈ (5.54 * 10^(-13)) + (6.68 * 10^(-13))  
C_total ≈ 1.22 * 10^(-12) Ф

Теперь подставим в формулу для U_final:

U_final = Q_total / C_total  
U_final = (5.54 * 10^(-8)) / (1.22 * 10^(-12))  
U_final ≈ 45453.28 В

5. Теперь можем найти заряд на каждом из шарах.  

На первом шаре заряд Q1' и на втором шаре Q2' будут определяться через его емкость и новый потенциал:

Q1' = C1 * U_final  
Q1' = (5.54 * 10^(-13)) * (45453.28)  
Q1' ≈ 2.52 * 10^(-8) Кл

Q2' = C2 * U_final  
Q2' = (6.68 * 10^(-13)) * (45453.28)  
Q2' ≈ 3.02 * 10^(-8) Кл

Ответ:  
Заряд первого шара после соединения составит примерно 2.52 * 10^(-8) Кл, заряд второго шара составит примерно 3.02 * 10^(-8) Кл.
от