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
11867
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: нет зарегистрированных пользователей


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