Номер 50.1, страница 266 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

РЕШИТЕ

50.1. Внутрь незаряженной металлической сферы на изолирующей подставке вносится заряженный металлический шарик так, как показано на рисунках 4.42 и 4.43. Будет ли существовать электрическое поле внутри сферы и вне её?

Рис. 4.42

Рис. 4.43

Решение:

Рассмотрим два случая, представленные на рисунках, и проанализируем наличие электрического поля внутри и вне сферы.

Случай, когда шарик не касается сферы (Рис. 4.42)

При внесении положительно заряженного шарика с зарядом $\text{q}$ в полость изначально незаряженной металлической сферы происходит явление электростатической индукции. Поле шарика вызывает перераспределение свободных зарядов в проводнике (сфере). Отрицательные заряды (электроны) притягиваются к шарику и скапливаются на внутренней поверхности сферы, создавая на ней заряд $-q$. Вследствие этого на внешней поверхности сферы образуется некомпенсированный положительный заряд $+q$.

• Поле внутри сферы (в полости): В пространстве между шариком и внутренней стенкой сферы присутствует электрическое поле, создаваемое как самим заряженным шариком, так и индуцированным зарядом на стенке. Это поле не равно нулю.
• Поле вне сферы: Заряд $+q$, распределенный по внешней поверхности сферы, создает электрическое поле в окружающем пространстве. Таким образом, поле вне сферы также существует.

Ответ: В случае, показанном на рис. 4.42, электрическое поле существует и внутри полости сферы, и вне её.

Случай, когда шарик касается сферы (Рис. 4.43)

Когда заряженный шарик касается внутренней поверхности сферы, они образуют единый проводник. В электростатическом равновесии весь избыточный заряд проводника располагается на его внешней поверхности. Следовательно, весь заряд шарика $\text{q}$ переходит на внешнюю поверхность сферы.

• Поле внутри сферы (в полости): Поскольку внутри полости теперь нет зарядов (весь заряд $\text{q}$ переместился на внешнюю поверхность), электрическое поле внутри полости становится равным нулю. Это является проявлением эффекта электростатической экранировки (клетка Фарадея).
• Поле вне сферы: Заряд $+q$, находящийся на внешней поверхности сферы, создает электрическое поле в пространстве вне сферы, аналогично первому случаю.

Ответ: В случае, показанном на рис. 4.43, электрическое поле внутри полости сферы отсутствует (равно нулю), но существует вне неё.