Предложите алгоритм (последовательность действий) построения идеальной модели, проиллюстрируйте этот алгоритм на примере построения какой-либо идеальной модели

Показать ответ

Ответ:

ARINA5656134

24.09.2022 05:28

1. Структура электростатического поля
В силу симметрии задачи, электростатическое поле является центрально-симметричны. т.е. $\overline E = E(r) \overline r_0$
r₀ - единичный радиус-вектор от заряда к произвольной исследуемой точке пространства.
Задача и её решение инвариантна к повороту (как картинку "ни крути" вокруг заряда, условие задачи и её решение не изменится).

2. Поле при отсутствии шара
Когда у нас есть только точечный заряд модуль напряженности электростатического поля $E(r) = k\frac{Q}{r^2}$ .

Потенциал электростатического поля связан с его напряженностью уравнением:
$\phi_1-\phi_2 = \int\limits^{2}_{1} {E} \, dl$
Интегрирование ведётся по произвольному пути между точками 1 и 2.

Отступление: если домножить уравнение на пробный заряд, то получим определение потенциальной энергии. Правый ингтеграл в этом случае будет работой, совершенной полем над пробным зарядом.

В нашем случае удобно интегрировать вдоль радиальных линий
$\phi_1-\phi_2 = \int\limits^{r_2}_{r_1} {E} \, dr$

Замечание: Потенциал определяется всегда с точностью до аддитивной постоянной, поэтому во всех задачах всегда выбирается, так называемое, условие нормировки. В разных задачах оно выбирается по разному, но в задачах данного типа принято брать потенциал бесконечно удаленной точки равным нулю $\phi_\infty = 0$

$\phi_1-\phi_\infty = \phi_1 = \int\limits^{\infty}_{r_1} {E} \, dr$

Подставим в эту формулу найденное поле:
$\phi = \int\limits^{\infty}_{R} {k \frac{Q}{r^2} } \, dr = kQ\int\limits^{\infty}_{R} { \frac{1}{r^2} } \, dr = kQ ( \lim_{r \to \infty} (- \frac{1}{r}) - (- \frac{1}{R} )) = \frac{kQ}{R}$
Получили известный результат. Выразим из этого результата заряд Q.
$Q= \frac{\phi R}{k}$

3. Поле при добавлении шара.
Для поиска величины напряженности воспользуемся теоремой Гаусса.
$\int {\int {E} } \, dS = 4\pi kq$
Поток вектора напряженности электростатического поля через любую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, находящегося внутри этой поверхности.

Выберем в качестве такой поверхности сферу радиусом r. В силу структуры поля E(r) = const.
$\int {\int {E(r)} } \, dS = E(r)\int {\int {} } \, dS =E(r)*4\pi r^2 = 4\pi kq$
$E(r) = k \frac{q}{r^2}$

Теперь рассмотрим отдельные участки:
1) Участок 0 < r < 3R
$E(r) = k \frac{Q}{r^2}$
2) Участок 3R<r<4R
E(r) = 0 - электростатического поля внутри идеальных проводников не существует. Если предположить противное, то начнётся движение зарядов и это уже не статика. :)
3) Участок r > 4R
$E(r) = k \frac{4Q}{r^2}$
4Q - суммарный заряд внутри сферы радиусом r.

Аналогично рассчитаем потенциал.
$\phi' = \int\limits^\infty_R {E(r)} \, dr = \int\limits^\infty_{4R} {k \frac{4Q}{r^2} } \, dr + \int\limits^{4R}_{3R} {0} } \, dr +\int\limits^{3R}_{R} {k \frac{Q}{r^2} } \, dr = k \frac{4Q}{4R} + k \frac{Q}{R} - k\frac{Q}{3R}$

$\phi' = k \frac{5Q}{3R}$
Подставляем в это выражение найденное ранее Q и имеем:
$\phi' = \frac{5}{3}\phi = 500$

Что стоит отметить?
1) Потенциал функция непрерывная. Если знать, что подобные симметричные структуры создают поля аналогичные точечным зарядам, то задача решается в уме.
т.е. мы ищем потенциал на внешней границе шара как потенциал точечного заряда 4Q, на внутренней границе он такой же. Ищем разность потенциалов между внутренней границей и точкой A в поле точечного заряда Q. Складываем результаты.

2) Несмотря на то, что заряд 3Q на шаре поле внутри шара не создаёт, он увеличивает потенциал точек внутри полости, т.к. создаёт дополнительное поле вне шара. Потенциал - это работа по перемещению точечного заряда из бесконечности в данную точку. Больше поле вне шара - больше работа.

3) Разность потенциалов зависит только от локального поля (поля по в окрестности пути, соединяющего две точки). Сам потенциал зависит от структуры всего поля.

0,0(0 оценок)

Ответ:

Cherry5858

20.05.2023 07:58

Жер шары бетінің жалпы ауданы 510,2 млн.км-ге тең. Ол материктер мен мұхиттарға бөлінген. Құрлықты құрайтын материктер мен аралдар үлесіне шамамен 149,1 млн км немесе бүкіл Жер бетінің29,2%-ы келеді.

Жер шарында барлығы алты материк бар. Материктер қалыптасуы мен қазіргі табиғат ерекшеліктеріне сәйкес, солтүстік және оңтүстік жарты шар материктеріне топтастырылып, мынадай тәртіппен қарастырылады: Еуразия (54 млн км астам), Солтүстік Америка (24,2 млн км), Оңтүстік Америка (18,3 млн км), Африка (30,3 млн км), Аустралия мен Мұхит аралдары (9,0 млн км-ге жуық), Антарктика (14 млн км). Материктерге таяу жағалаудағы қайраңдар мен материктік беткейлерде материктік аралдар орналасқан. Олар – жер қыртысындағы қозғалыстар әсерінен құрлықтың кейіннен бөлініп қалған бөліктері, көбінесе ауданы ауқымды келеді (Гренландия, Мадагаскар, Британ аралдары және т.б.). Мұхиттардың қозғалмалы бөліктерінде жанартаулық аралдар (Исландия, Гавай, Азор аралдары), ал судың беткі температурасы +25С-тан жоғары аймақтарында маржандық аралдар (Үлкен Аустрия Тосқауыл рифі, Маржан теңізінің аралдары) орналасқан. Аралдар жеке-дара және топ болып кездеседі, аралдар тобын архипелаг деп атайды. Жер шарындағы ірі архипелагтар қатарына Канаданың Арктикалық архипелагы, Малайя архипелагы, Шпицберген архипелагы жатады.

Құрлық материктерге бөлінумен қатар, дүние бөліктеріне де жіктеледі. Дүние бөліктері дегеніміз құрлықтың ашылуы мен қоныстану ерекшеліктеріне сәйкес шартты түрде ажыратылатын тарихи-географиялық ірі аймақтар. Дүние бөліктері де алтау: Еуропа, Азия, Африка, («Ескі дүние»), Америка, Аустралия, Антарктика («Жаңа Дүние»).

Жер шарының аса ірі материгі Еуразияны ежелгі грек географтары екі дүние бөлігіне ажыратқан. Бұл дүние бөліктері Месопотамияны мекендеген ежелгі халықтар – финикиялықтардың «эреб»-батыс, «асу»-шығыс деген сөздерінің негізінде Еуропа және Азия деп аталған. Кейінірек ашылған Солтүстік және Оңтүстік Америка материктері табиғат жағдайларының айырмашылықтарына қарамастан, біртұтас Америка дүние бөлігіне біріктірілген. Дүние бөліктерінің құрамына көршілес жатқан аралдар да енеді.

0,0(0 оценок)

Популярные вопросы: Физика