Задание №21 — Заряженные частицы в электромагнитном поле
В нижней половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от других предметов. В центр полости помещён положительный точечный заряд q > 0 (см. рис.). Нарисуйте картину линий напряжённости электростатического поля внутри полости, внутри проводника и снаружи шара. Если поле отсутствует, напишите в данной области: Если поле отлично от нуля, нарисуйте картину поля в данной области, используя восемь линий напряжённости. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение:
1) Изобразим схему силовых линий электрического поля: в области полости они представляют собой радиальные лучи, направленные от точечного заряда перпендикулярно к её границам; за пределами шара линии выходят от внешней поверхности по нормали и направляются радиально в бесконечность.
2) В толще проводящего материала напряжённость электрического поля равна
3) Так как заряд q располагается точно в центре сферической полости, создаваемое им поле характеризуется центральной симметрией. Внутри свободного пространства оно идентично полю одиночного положительного заряда q > 0. Силовые линии падают перпендикулярно на внутреннюю стенку полости, на которой индуцируется и равномерно распределяется отрицательный заряд -q < 0.
4) Учитывая общую электронейтральность металлического тела, на его внешней границе возникает положительный заряд Вследствие того, что в самом проводнике поле а внешние объекты удалены на значительное расстояние, данный заряд распределяется по наружной поверхности равномерно. Внешнее поле системы эквивалентно полю точечного заряда q > 0, помещённого в центр сферы. Линии напряжённости начинаются на поверхности шара и уходят от него по нормали.
Источник: ФИПИ