2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему На страницу 1, 2  След.
 
 Электростатика.
Сообщение30.04.2015, 22:38 


20/03/13
88
Читал профильный учебник Пинского за 10 класс и столкнулся с целым рядом вопросов, на которые не могу дать ответы.
1. Почему, говоря о распределении электронов в наэлектризованном проводящем теле, можно утверждать, что их перемещение остановиться, когда вектор напряженности электрического поля в любой точке будет перпендикулярен поверхности? Почему из этого следует, что в электрическом поле поверхность любого проводящего тела будет эквипотенциальна?

2. Правда ли то, что обозначение гальванического элемента( толстая короткая и тонкая длинная палочки) исходит от первого химического источника - Волотова столба? С маленьких толстых монет "снимали" отрицательный заряд, а с длинных тонких - положительный.

3. Почему нет никакого смысла говорить о разности потенциалов в непотенциальном поле, но имеет смысл говорить о напряжении? Ведь и разность потенциалов, и напряжение определяются одинаково, как работа электрических сил к заряду?

4. Как определить кинетическую энергию электрона? Почему её можно считать половиной потенциальной по модулю?

5. Задача На шарике радиусом 5 см находится электрический заряд 50 нКл. Какова собственная энергия поля этого заряд?

Формульно определяем это энергию как $W = EqR = \frac{kq^2}{R} = 450 Дж$
В ответе почему-то указывается число в два раза меньше - 225 Дж. Почему?

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 01:25 
Заслуженный участник


25/02/08
2961
1)Это вопрос относительно граничных условий, которые требуют зануления тангенциальных компонент. Подробнее - прямо в первом параграфе ЛЛ (VIII).
3)Напряжение совпадает с разностью потенциалов, когда нет сторонних сил. Если они есть, то оно уже зависит от пути интегрирования.
4)Это чушь какая то. Я так подозреваю, речь идёт о вириальной теореме (я приведу только частный её случай), согласно которой, если частицы взаимодействуют между собой по Кулоновскому закону, то средняя кинетическая энергия системы с точностью до знака равна половине средней потенциальной энергии системы $\[\left\langle T \right\rangle  =  \pm \frac{1}{2}\left\langle U \right\rangle \]$ (знак зависит от того, притягиваются или отталкиваются частицы). Но с помощью этой теоремы вы в общем случае не определите, кинетическую энергию конкретной частицы в конкретный момент времени. Так что уточните что у вас за задача.
5)Это вы формулу с потолка достали. А считать нужно честно $\[U = \frac{1}{{8\pi }}\int {{{\vec E}^2}dV}  = \frac{1}{{8\pi }}\int\limits_R^\infty  {\frac{{{q^2}}}{{{r^2}}}dr\int\limits_0^\pi  {\sin \theta d\theta } \int\limits_0^{2\pi } {d\varphi } }  = \frac{1}{2}\frac{{{q^2}}}{R}\]$ (это в единицах СГС, в СИ соотв. будет $\[U = \frac{{k{q^2}}}{{2R}}\]$). (И задача не очень корректна, лучше сказали бы "на сфере", что видимо подразумевалось, судя по ответу).

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 01:51 
Заслуженный участник


20/08/14
11984
Россия, Москва

(Дж или мкДж)

Интересно что у меня в 5) при расчёте через ёмкость шара получается ровно на 6 порядков меньше, 225 мкДж.

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 02:10 
Заслуженный участник


25/02/08
2961
Dmitriy40
Так и должно быть, но именно для СФЕРЫ (которую тут и имеют ввиду),$ \[U = \frac{1}{2}\frac{{{q^2}}}{R}\]$. Для шара (т.е. если заряжен по объёму) там коэффициент другой,$ \[U = \frac{3}{5}\frac{{{q^2}}}{R}\]$

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 17:40 


20/03/13
88
Цитата:
Прямо в первом параграфе ЛЛ (VIII)


Что такое ЛЛ?

Цитата:
Напряжение совпадает с разностью потенциалов, когда нет сторонних сил. Если они есть, то оно уже зависит от пути интегрирования.


Разве разность потенциалов не определяется и не зависит точно так же?

Цитата:
Так что уточните что у вас за задача.


Вот условие.
Электрон обращается вокруг протона на расстоянии $r = 5,3\cdot 10^-11 м$ в атоме водорода. Определите кинетическую энергию электрона, его потенциальную и полную энергию.

Цитата:
Это вы формулу с потолка достали


Могу ли я для упрощения решения как бы стягивать шар в точку и после этого рассчитывать энергию на расстоянии r от этой точки для этого же заряда? Где ошибка в таких рассуждениях, и почему ответ получается в 2 раза больше?

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 18:04 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Monster в сообщении #1010000 писал(а):
Что такое ЛЛ?

Десятитомник
Ландау, Лифшиц. Теоретическая физика.
8-й том называется
Ландау, Лифшиц. Электродинамика сплошных сред.
Иногда его можно скачать по этому названию, без упоминания названия "Теоретическая физика".

Впрочем, рекомендовать ли его вам - зависит от вашего уровня. Вы школьник, студент-младшекурсник (приступающий к "Общей физике"), знакомы с электромагнетизмом уровня "Общая физика", знакомы с электродинамикой (в вакууме) уровня "Теоретическая физика", или что?

Monster в сообщении #1010000 писал(а):
Разве разность потенциалов не определяется и не зависит точно так же?

Напряжение $U(b,a)=\int_a^b\mathbf{E}\,d\mathbf{l}.$ Разность потенциалов - то же самое, в случае, когда возможно введение функции потенциала $\varphi,$ такой что $\mathbf{E}=-\operatorname{grad}\varphi.$ А такое бывает не всегда.

Когда функция потенциала есть, тогда напряжение зависит только от двух точек. Когда функции потенциала нет, напряжение зависит ещё и от пути, соединяющего эти две точки. По одному пути напряжение будет одно, а по другому пути - другое. На практике, в качестве путей берут провода, например. Если провода образуют замкнутый контур, и напряжение в этом контуре в сумме не равно нулю, то говорят об ЭДС индукции в контуре.

Monster в сообщении #1010000 писал(а):
Могу ли я для упрощения решения как бы стягивать шар в точку

Не можете, потому что при этом энергия уйдёт в бесконечность.

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 20:22 


20/03/13
88
Я школьник 10 класса.
Цитата:
Не можете, потому что при этом энергия уйдёт в бесконечность.


В чём отличие от просто заряженной сферы? Разве тут энергия не уходит в бесконечность?

Такой подход в решении в корне некорректен? Если нет, то почему у меня получается ответ в два раза больше?

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 20:34 
Заслуженный участник


25/02/08
2961
Monster
1)Тут нет, а вы будете подставлять $\[r = 0\]$ в $\[\frac{1}{r}\]$ и всё.
2)Потому, что у вас подхода нет вообще. Взяли с потолка формулу.
P.S.По поводу задачи с атомом водорода - ну в такой модели да, вириальную теорему применить можно. Только сразу скажу, к реальности это отношения не имеет

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 20:48 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Если для школьника 10 класса, то наверное, речь не о теореме вириала, а о движении по круговой орбите.

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 20:57 
Заслуженный участник


25/02/08
2961
Munin
Ну да, можно и просто из закона Ньютона вытащить. Я лишь к тому, что тут вириальная теорема действительно даёт конкретный ответ (уточнение к своему посту).

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 21:26 


20/03/13
88
С этим ясно. Спасибо.

Цитата:
1)Тут нет, а вы будете подставлять $\[r = 0\]$ в $\[\frac{1}{r}\]$ и всё.


Нет, вы неправильно меня поняли. Я попытаюсь изложить моё представление о том, что такое собственная энергия заряженной сферы. Я не знаю, насколько оно корректно.
Для вычисления энергии заряженной сферы я выполняю следующий порядок действий:
1. Мысленно стягиваю эту сферу в точечный заряд, равный по модулю заряду сферы.
2. Так как поверхность нашей заряженной сферы, которую я стянул и внутри которой находится заряд, эквипотенциальна, то я воспринимаю эту систему, как систему из двух точечных зарядов, по модулю равных заряду сферы и расположенных на расстоянии, равном радиусу сферы.
3. Рассчитываю энергию взаимодействия этой системы.

Логика рассуждений и подход именно такие. Правильно ли это?

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 21:55 
Заслуженный участник


25/02/08
2961
Абсолютно неверно. Я здесь вообще "физической" логики не вижу.

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 22:06 


20/03/13
88
Цитата:
Абсолютно неверно. Я здесь вообще "физической" логики не вижу.


Как тогда можно решить эту задачу без интегрирования?

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 22:18 
Заслуженный участник


25/02/08
2961
Monster
Есть вариант пойти через ёмкости (т.е. если считать данным ёмкость сферы), но она то сама получается через интегрирование. Может и можно что нибудь придумать, но зачем - тут интегрирование элементарное. Вообще, если сразу не видно каких то хитростей, делайте просто по определению, так не ошибётесь.

 Профиль  
                  
 
 Re: Электростатика.
Сообщение01.05.2015, 22:43 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


30/01/06
72407
Ms-dos4
Давайте вспомним, что это 10-классник, и попробуем объяснить на пальцах.

(Я ему дал книжку, как раз в которой всё написано, но такое впечатление, что он её не открывал и не намерен.)

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 28 ]  На страницу 1, 2  След.

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: YandexBot [bot]


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group