Номер 1, страница 365 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 111. Электродвижущая сила. Глава 15. Законы постоянного тока - номер 1, страница 365.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Решение

Данный эксперимент демонстрирует перераспределение электрического заряда между проводниками при их контакте. Рассмотрим, что будет происходить.

1. Исходное состояние. Вначале у нас есть два электрометра. Один из них заряжен, допустим, зарядом $q$. Наличие этого заряда приводит к тому, что его стрелка и стержень, имея одноименные заряды, отталкиваются друг от друга, и стрелка отклоняется на определенный угол. Этот электрометр имеет электрический потенциал $V_1$, отличный от нуля. Второй электрометр не заряжен, его заряд равен нулю, стрелка находится в вертикальном положении, а его потенциал $V_2$ можно считать равным нулю (потенциалу Земли). Таким образом, между стержнями электрометров существует разность потенциалов.

2. Процесс соединения. Когда стержни электрометров соединяют проводником (например, металлическим стержнем), создается единая проводящая система. В проводниках есть свободные носители заряда (в металлах — электроны), которые могут перемещаться под действием электрического поля. Разность потенциалов между электрометрами создает такое поле внутри соединительного проводника.

3. Перетекание и скорость перетекания заряда. Под действием электрического поля свободные заряды приходят в движение. Это движение будет продолжаться до тех пор, пока потенциалы во всех точках соединенной системы не выровняются. Когда потенциалы электрометров станут равными ($V'_1 = V'_2$), электрическое поле внутри проводника исчезнет, и направленное движение зарядов (электрический ток) прекратится.

На вопрос, как быстро происходит перетекание зарядов, следует ответить: практически мгновенно. Электрическое поле распространяется в проводнике со скоростью, близкой к скорости света, поэтому перераспределение зарядов для человеческого глаза выглядит как мгновенный процесс. Мы увидим, как стрелка заряженного электрометра быстро опускается, а стрелка незаряженного — так же быстро поднимается.

4. Конечное состояние. Если электрометры одинаковы (имеют одинаковую электроемкость $C$), то начальный заряд $q$ распределится между ними поровну. Заряд каждого электрометра станет равен $q' = q/2$. В результате оба электрометра будут показывать одинаковое отклонение стрелки. Этот угол отклонения будет меньше, чем первоначальный угол отклонения у заряженного электрометра, так как заряд на каждом из них уменьшился.

Ответ: При соединении заряженного и незаряженного электрометров проводником перетекание зарядов между ними происходит практически мгновенно. В результате заряд равномерно распределяется между электрометрами (если они идентичны), и они показывают одинаковое, но меньшее по сравнению с исходным, отклонение стрелок.