Номер 48.20, страница 176 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 48. Электрическое поле. Глава 7. Электрические явления - номер 48.20, страница 176.

48.20 [д. 142] В первом случае две параллельные металлические пластины подсоединили к полюсам электрофорной машины, во втором случае одну из пластин соединили с положительным полюсом электрофорной машины, а другую заземлили. Изменилось ли электрическое поле между пластинами и вне их?

Решение

Для ответа на вопрос рассмотрим оба случая, сделав разумное предположение о работе электрофорной машины. Будем считать, что она создает постоянную разность потенциалов $U$ между своими полюсами, которые имеют потенциалы $\phi_+ = +U/2$ и $\phi_- = -U/2$ относительно земли (потенциал которой принимается за нуль). Пусть расстояние между параллельными пластинами равно $d$.

Электрическое поле между пластинами

В первом случае пластины подключены к обоим полюсам машины. Потенциал одной пластины $\phi_1 = +U/2$, а другой $\phi_2 = -U/2$. Разность потенциалов между ними составляет $\Delta\phi_1 = \phi_1 - \phi_2 = (+U/2) - (-U/2) = U$. Напряженность однородного электрического поля между пластинами в этом случае равна:

$E_1 = \frac{\Delta\phi_1}{d} = \frac{U}{d}$

Во втором случае одна пластина подключена к положительному полюсу ($\phi'_1 = +U/2$), а другая заземлена ($\phi'_2 = 0$). Новая разность потенциалов между пластинами равна $\Delta\phi_2 = \phi'_1 - \phi'_2 = U/2 - 0 = U/2$. Напряженность поля между пластинами теперь составляет:

$E_2 = \frac{\Delta\phi_2}{d} = \frac{U/2}{d} = \frac{U}{2d}$

Поскольку $E_2 = E_1/2$, напряженность электрического поля между пластинами изменилась.

Ответ: Да, электрическое поле между пластинами изменилось, его напряженность уменьшилась в два раза.

Электрическое поле вне пластин

В первом случае пластины имеют симметричные потенциалы относительно нуля, что приводит к появлению на них равных по модулю и противоположных по знаку зарядов ($+q$ и $-q$). Суммарный заряд такой системы равен нулю ($q_{общ} = +q - q = 0$). Для электрически нейтральной системы двух близко расположенных пластин (конденсатора) электрическое поле во внешней области в идеальном случае равно нулю.

Во втором случае потенциалы пластин равны $+U/2$ и $0$. Такая система не является электрически нейтральной. Чтобы поддерживать такие потенциалы относительно удаленной земли, система должна обладать некоторым суммарным положительным зарядом ($q'_{общ} > 0$). Система, обладающая ненулевым суммарным зарядом, создает электрическое поле в окружающем пространстве. Следовательно, поле вне пластин, которое в первом случае было практически равно нулю, во втором случае станет отличным от нуля.

Ответ: Да, электрическое поле вне пластин изменилось, оно перестало быть равным нулю.