Номер 5, страница 340 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Электростатика. Глава 8. Свойства электрического поля. Параграф 41. Электроёмкость. Энергия электрического поля - номер 5, страница 340.

Условие.

5. Объясните, почему при сближении одноимённо заряженных тел энергия создаваемого ими поля увеличивается.

Решение.

Решение

Одноимённо заряженные тела (оба положительные или оба отрицательные) отталкиваются друг от друга с силой, которая увеличивается при уменьшении расстояния между ними. Чтобы сблизить такие тела, необходимо приложить внешнюю силу и совершить работу против этих сил отталкивания.

Согласно закону сохранения энергии, работа, совершаемая внешними силами против сил поля при перемещении зарядов, идёт на увеличение потенциальной энергии их взаимодействия. Эта потенциальная энергия и есть энергия, запасённая в создаваемом ими электрическом поле.

Потенциальная энергия $W_p$ взаимодействия двух точечных зарядов $q_1$ и $q_2$, находящихся на расстоянии $\text{r}$ друг от друга, определяется формулой:
$W_p = k \frac{q_1 q_2}{r}$
где $\text{k}$ — коэффициент пропорциональности в законе Кулона.

Для одноимённых зарядов произведение $q_1 q_2$ всегда положительно ($q_1 q_2 > 0$). При их сближении расстояние $\text{r}$ уменьшается. Так как расстояние $\text{r}$ находится в знаменателе, его уменьшение приводит к увеличению значения всей дроби, а следовательно, и к увеличению потенциальной энергии $W_p$.

Таким образом, работа, затраченная на сближение одноимённо заряженных тел, преобразуется в потенциальную энергию электрического поля, и эта энергия увеличивается.

Ответ: При сближении одноимённо заряженных тел совершается работа против сил их взаимного электростатического отталкивания. Эта работа запасается в виде потенциальной энергии электрического поля, создаваемого телами. Чем меньше расстояние между телами, тем больше совершённая работа и, следовательно, тем больше энергия поля.