Номер 11, страница 114, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Электростатика и постоянный электрический ток. Глава VII. Электростатика. Параграф 37. Проводники и диэлектрики в электрическом поле - номер 11, страница 114.

Условие.

11. Проводящему полому шару с толстыми стенками сообщили положительный заряд. На рисунке 37.8 показано сечение шара. В какой (каких) из областей $\text{A}$, $\text{B}$, $\text{C}$ напряженность электрического поля будет равна нулю? Изменится ли ответ, если шару сообщить отрицательный заряд?

Рис. 37.8

Решение 2.

Решение

В какой (каких) из областей A, B, C напряжённость электрического поля будет равна нулю?

Для ответа на этот вопрос необходимо использовать свойства проводника в электростатическом поле. Когда заряды на проводнике находятся в равновесии (то есть отсутствует электрический ток), выполняются два ключевых условия:

1. Напряжённость электростатического поля внутри вещества проводника равна нулю. Если бы поле существовало, оно бы вызывало направленное движение свободных зарядов, что противоречит состоянию равновесия.

2. Весь избыточный заряд, сообщённый проводнику, располагается на его внешней поверхности. Это следствие закона Гаусса и того факта, что поле внутри проводника равно нулю.

Применим эти свойства к указанным областям:

Область B: Эта область является материалом проводящего шара. Согласно первому свойству, напряжённость электрического поля внутри проводника равна нулю. Таким образом, в области B напряжённость $E = 0$.

Область A: Это внутренняя полость шара. Так как весь сообщённый заряд (положительный) распределяется по внешней поверхности шара, на внутренней поверхности, ограничивающей полость A, зарядов не будет. Поскольку внутри полости A нет никаких зарядов, то и электрическое поле в этой области будет равно нулю ($E = 0$). Это явление известно как электростатическая защита или эффект клетки Фарадея.

Область C: Это пространство снаружи шара. Заряд, равномерно распределённый по внешней поверхности шара, создаёт во всём внешнем пространстве электрическое поле, как если бы весь заряд был сосредоточен в центре шара. Поэтому в области C напряжённость поля не равна нулю ($E \neq 0$).

Следовательно, напряжённость электрического поля будет равна нулю в областях A и B.

Ответ: Напряжённость электрического поля равна нулю в областях A и B.

Изменится ли ответ, если шару сообщить отрицательный заряд?

Законы электростатики, касающиеся распределения зарядов на проводнике и напряжённости поля внутри него, не зависят от знака сообщённого заряда. Если шару сообщить избыточный отрицательный заряд, он также полностью распределится по его внешней поверхности для достижения состояния равновесия.

В результате напряжённость поля внутри материала проводника (область B) и внутри полости (область A) по-прежнему будет равна нулю по тем же причинам, что и в случае с положительным зарядом. Электрическое поле в области C будет существовать, но его вектор напряжённости будет направлен к центру шара. Таким образом, области с нулевой напряжённостью поля останутся теми же.

Ответ: Нет, ответ не изменится.