Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Elektrostatika_Uch_posobie_01_11_2012.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
1.37 Mб
Скачать

Р ешение

Выберем замкнутую сферическую поверхность с радиусом, равным R и центром в ядре (размерами ядра можно пренебречь). Из соображений симметрии во всех точках этой поверхности вектор напряженности электрического поля одинаков по модулю и перпендикулярен к поверхности (рис.13). Поэтому теорему Гаусса () для выбранной поверхности S запишем в виде

, (3.13)

где Q - суммарный заряд, находящийся внутри выбранной сферы, т.е. положительный заряд ядра, равный е, и отрицательный заряд электронного «облака» Qобл. Этот заряд определим интегрированием плотности отрицательного заряда электронного «облака» по внутреннему объему выбранной сферы. Тогда

. (3.14)

Учитывая сферическую симметрию, элемент объема dV можно представить в виде dV = 4r2dr. Тогда

(3.15)

Выбор метода вычисления студент определяет самостоятельно. Можно использовать метод интегрирования по частям или воспользоваться математическими справочниками. В результате получим

Используя теорему Гаусса , и, учитывая, что интеграл в левой части равен площади поверхности сферы S = 4R2 для напряжённости поля получим

.

Вычисления

 3,5∙1011 В/м.

Ответ: напряженность электрического поля на расстоянии R от ядра равна 3,5∙1011 В/м.

3.3. Задания для расчетно-графических работ Расчётно-графическая работа 4

Тема: вычисление полей с помощью теоремы Гаусса.

Формулировка задания.

Шар (цилиндр, пластина) радиусом (толщиной) R имеет положительный заряд Q, объемная плотность которого зависит от расстояния r до его центра (до оси) по закону, указанному в таблице 2, в соответствии с номером варианта.

Определите:

-напряженность электрического поля на поверхности шара (сферы, цилиндра);

-напряженность электрического поля на расстоянии = R/2 от центра (от оси);

-потенциал электрического поля в центре шара (на оси);

-разность потенциалов между поверхностью и центром шара (осью цилиндра).

Постройте график зависимости напряженности поля Е = Е(r) от расстояния до центра шара.

Таблица 2. Значения параметров по вариантам. (Варианты 1 – 10)

Номер

Варианта

Заряженное тело

Закон

0

R

нКл/м3

м

1

шар

, Q = 92 e

(элементарный заряд е = 1,6∙10−19 Кл.)

10−14

2

шар

.=10 м3-

1

3

шар

10

0,1

4

шар

, b=1 мкКл/м

0,1

5

шар

. b=1 мкКл/м

0,1

6

шар

10 

0,1

7

шар

10-10

8

цилиндр

10 

0,1

9

цилиндр

10

0,1

10

пластина

10

0.02

Таблица 3 . Индивидуальные задания. Варианты 11 – 25

Вариант

Задание

11

Пространство между двумя концентрическими сферами, радиусы которых Rl = 10 см и R2 = 20 см, заряжено с объемной плотностью , где b =1 нКл/м, r - расстояние от центра сфер. Определите разность потенциалов между сферами. Постройте график зависимости напряженности электрического поля от расстояния до центра сфер.

12

Шар радиусом R = 100 м имеет заряд Q = 10 нКл, однородно распределенный по его объему. Шар окружает среда, имеющая объемную плотность электрического заряда, зависящую от расстояния r до центра шара по закону . Определите разность потенциалов между поверхностью шара и точкой, находящейся на расстоянии r = 2R oт центра шара. Постройте график зависимости напряженности от расстояния до центра шара.

13

Шар, имеющий положительный заряд Q = 1 нКл, окружен симметрично отрицательным зарядом с объемной плотностью , где = -34,6 нКл/м, = 1 см - радиус шара, r - расстояние от центра шара. Определите напряженность электрического поля на расстоянии = 2R от центра шара. Постройте график зависимости напряженности поля от r.

14

Пространство между двумя коаксиальными длинными цилиндрами заполнено электрическим зарядом с объемной плотностью, изменяющейся по закону , где = 10 нКл/м. Радиусы цилиндров R1 = 1 см, R2 = 2 см. Определите разность потенциалов между цилиндрами.

15

Длинный цилиндр радиусом R = 10 см заряжен так, что объемная плотность электрического заряда  изменяется с расстоянием r от оси по закону , где 0 = 10 нКл/м3. Определите напряженность электрического поля в точке, находящейся на расстоянии от оси. Постройте график зависимости напряженности поля от r.

16

Длинный цилиндр радиусом R = 2 см несет заряд, равномерно распределенный по его объему с плотностью  = 10 нКл/м3. Определите разность потенциалов между точками, отстоящими от оси цилиндра на расстояниях r1 = 1 см и r2 = 3 см. Постройте график зависимости напряженности от расстояния до оси цилиндра.

17

Длинная нить имеет положительный заряд с линейной плотностью  = 10 нКл/м. Радиус нити = 1 мм. Среда, окружающая нить, имеет объемную плотность положительного заряда, изменяющуюся в зависимости от расстояния от оси нити r по закону , где b = 10 мкКл/м2. Определите разность потенциалов между поверхностью нити и точкой, отстоящей от ее оси на расстоянии = 11 R. Постройте график зависимости напряженности от расстояния до оси нити.

18

Длинная тонкая нить имеет положительный заряд линейной плотностью  = 10 нКл/м. Среда, окружающая нить, имеет заряд другого знака с объемной плотностью, зависящей только от расстояния r до нити по закону , где 0 = -100 нКл/м3, R = 10 см. Определите напряженность электрического поля на расстоянии R от нити. Постройте график зависимости напряженности от r.

19

Пространство вблизи прямой длинной нити накала электронной лампы заряжено отрицательным зарядом с объемной плотностью , где = 0,1 мм - радиус нити, = -4,3 мкКл/м2, r - расстояние от оси нити. Сама нить заряжена положительным зарядом линейной плотностью  = 1 нКл/м. Определите напряженность электрического поля на расстоянии r = 2R от оси нити. Постройте график зависимости напряженности поля, от r.

20

Пластина толщиной d = 2 см имеет электрический заряд, распределенный так, что его объемная плотность зависит только от координаты х,перпендикулярной толщине пластины, по закону , где 0 = 10 нКл/м3, Определите разность потенциалов между центром и краем пластины, считая ее плоскость бесконечной. Постройте график зависимости напряженности поля от координаты х.

21

Бесконечная пластина толщиной = 10 см имеет заряд, объемная плотность которого изменяется по закону , где 0 = 10 нКл/м3, х - расстояние от центра пластины в поперечном направлении. Определите разность потенциалов между центром пластины и ее поверхностью. Постройте график зависимости Е = Е(х).

22

Тонкая пластина равномерно заряжена так, что на единицу площади ее поверхности приходится заряд  = 1 нКл/м2. Среда вблизи пластины имеет заряд другого знака с объемной плотностью, зависящей от расстояния х до пластины по закону , где 0 = 10 нКл/м3, d = 10 см. На каком расстоянии от пластины напряженность электрического поля равна нулю? Чему равна разность потенциалов между этой точкой и пластиной?

23

Большая плоская пластина толщиной d = 4 см имеет положительный заряд, равномерно распределенный по объему с объемной плотностью  = 10 нКл/м3. Определите разность потенциалов между поверхностью и точкой, находящейся внутри пластины на расстоянии b = 1 см от поверхности. Постройте график зависимости напряженности от расстояния до центра пластины.

24

Пространство между двумя параллельными бесконечными плоскостями заполнено зарядом. Расстояние между плоскостями = 1 см. Если принять, что координатная плоскость (уz) находится посередине между плоскостями, то объемную плотность электрического заряда можно записать как функцию , где 0 = 1 мкКл/м3. Определите разность потенциалов между точкой, имеющей координату х = d, и ближайшей поверхностью пластины. Постройте график зависимости напряженности от координаты х.

25

Пространство вблизи тонкой бесконечной плоской незаряженной пластины имеет электрический заряд, распределенный симметрично пластине с объемной плотностью , где = 1 см, 0 = 1 мкКл/м3, x - расстояние от пластины. Определите разность потенциалов между пластиной и точкой, находящейся на расстоянии b от нее. Постройте график зависимости напряженности от х.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]