Номер 1, страница 326 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. На рисунке изображено сечение уединённого проводящего полого шара. Шару сообщили отрицательный заряд. В каких областях пространства напряжённость электростатического поля, создаваемого шаром, отлична от нуля?

1) только в I

2) только во II

3) только в III

4) в I и II

Решение

Рассмотрим вопрос о напряжённости электростатического поля в различных областях вокруг и внутри уединённого проводящего полого шара, которому сообщили отрицательный заряд $q$.

В состоянии электростатического равновесия сообщённый проводнику заряд всегда располагается на его внешней поверхности. Это происходит потому, что свободные заряды внутри проводника (в данном случае избыточные электроны) отталкиваются друг от друга и стремятся занять положения на максимальном удалении, то есть на поверхности.

Следовательно, внутри материала проводника (область II) и в полости внутри проводника (область I) нет избыточных зарядов. Согласно теореме Гаусса для электростатики, напряжённость электрического поля внутри любой замкнутой поверхности, не содержащей зарядов, равна нулю. Поэтому напряжённость поля как в полости (область I), так и в самом материале шара (область II) будет равна нулю. Это фундаментальное свойство проводников в электростатике: $E_I = 0$ и $E_{II} = 0$.

В области III, то есть в пространстве вне шара, электрическое поле будет существовать, так как там его создаёт ненулевой заряд $q$, находящийся на поверхности шара. Согласно той же теореме Гаусса, поле вне заряженной сферы эквивалентно полю точечного заряда той же величины, расположенного в её центре. Модуль напряжённости этого поля на расстоянии $r$ от центра равен $E_{III} = k \frac{|q|}{r^2}$. Так как $q \neq 0$, то и $E_{III} \neq 0$.

Таким образом, напряжённость электростатического поля отлична от нуля только в области III.

Ответ: 3