„Elektrosztatika példák - Egyenletesen töltött gömbtérfogat árnyékolással elektromos tere” változatai közötti eltérés
A Fizipedia wikiből
(→Feladat) |
|||
8. sor: | 8. sor: | ||
}} | }} | ||
== Feladat == | == Feladat == | ||
− | </noinclude><wlatex>#Egy $R_{1}$ sugarú gömben egyenletes $\rho$ térfogati töltéssűrűség van. Ezt egy $R_{2}$ sugarú földelt fémgömb veszi | + | </noinclude><wlatex>#Egy $R_{1}$ sugarú gömben egyenletes $\rho$ térfogati töltéssűrűség van. Ezt egy $R_{2}$ sugarú földelt fémgömb veszi körül koncentrikus elrendezésben.<br>'''a)''' Határozzuk meg, a térerősséget a gömb középpontjától mért távolság függvényében, a gömbön belül és kívül!<br>'''b)''' Mekkora felületi töltéssűrűség alakul ki a földelt fémgömbön?</wlatex><includeonly><wlatex>{{Útmutatás|content=Használjuk a Gauss tételt a különböző térrészekre!}} {{Végeredmény|content=Ha $r<R_{1}$:$$\vec{E}=\frac{\rho\cdot r}{\epsilon_{0}\cdot 3}\cdot\vec{e_{r}}$$ Ha $R_{1}<r<R_{2}$:: $$\vec{E}=\frac{\rho\cdot R^{3}}{\epsilon_{0}\cdot 3\cdot r^{2}}\cdot\vec{e_{r}}$$ Ha pedig $r>R_{2}$: $$\vec{E}=0$$}} |
</wlatex></includeonly><noinclude> | </wlatex></includeonly><noinclude> | ||
+ | |||
== Megoldás == | == Megoldás == | ||
<wlatex> | <wlatex> |
A lap 2013. szeptember 13., 11:31-kori változata
Feladat
- Egy
sugarú gömben egyenletes
térfogati töltéssűrűség van. Ezt egy
sugarú földelt fémgömb veszi körül koncentrikus elrendezésben.
a) Határozzuk meg, a térerősséget a gömb középpontjától mért távolság függvényében, a gömbön belül és kívül!
b) Mekkora felületi töltéssűrűség alakul ki a földelt fémgömbön?
Megoldás
a)
Vegyünk fel egy sugarú gömböt, és írjuk fel erre a Gauss-tételt. Ekkor:
![\[\iint\vec{E}\cdot\vec{dA} = \frac{1}{\epsilon_{0}}\iiint\rho\cdot dV\]](/images/math/f/6/c/f6c18da3130637dc51790def87c0d576.png)
Ami ha :
![\[\vec{E}\cdot 4\cdot r^{2}\cdot\pi = \dfrac{1}{\epsilon_{0}}\cdot\dfrac{4}{3}\cdot r^{3}\cdot\pi\cdot\rho\]](/images/math/8/2/1/821455d5078ac537face975d2a97a696.png)
![\[\vec{E}=\frac{\rho\cdot r}{\epsilon_{0}\cdot 3}\cdot\vec{e_{r}}\]](/images/math/e/3/0/e30aec9803d933b7acabfb8843f72edb.png)
Ha ::
![\[\vec{E}\cdot 4\cdot r^{2}\cdot\pi = \dfrac{1}{\epsilon_{0}}\cdot\dfrac{4}{3}\cdot R^{3}\cdot\pi\cdot\rho\]](/images/math/a/9/6/a96d62a503216583a465aa9257af27bb.png)
![\[\vec{E}=\frac{\rho\cdot R^{3}}{\epsilon_{0}\cdot 3\cdot r^{2}}\cdot\vec{e_{r}}\]](/images/math/5/6/e/56e41121a5ed4c2cd4e68dbe29bfdc7a.png)
Ha pedig :
![\[\vec{E}\cdot 4\cdot r^{2}\cdot\pi = 0\]](/images/math/b/e/e/bee187728fc69e215a36388a194ca8a6.png)
![\[\vec{E}=0\]](/images/math/2/c/d/2cd8159c5107d7b441bcba4a41bb2ea1.png)
Mivel a földelt fémgömbön éppen akkora nagyságú,de ellentétes előjelű töltés jelenik meg, mint amilyen amekkora az sugarú gömb töltése.
Ezt ábrázolva:
b)
Mivel a földelt gömbön lévő töltés abolútértéke megegyezik az sugarú gömbön található töltés abszolútértékével, viszont előjele azzal ellentétes.Ezért
![\[-4\cdot\pi\cdot R_{2}^{2}\cdot\sigma = \frac{4}{3}\cdot R_{1}^{3}\cdot\pi\cdot\rho\]](/images/math/3/6/7/3678f971fee6e1f2e7491c5e7b61e2c9.png)
Amiből:
![\[\sigma = -\frac{R_{1}^{3}\cdot\rho}{3\cdot R_{2}^{2}}\]](/images/math/f/6/f/f6f9687d18a9823fc6fe8cfce9009207.png)