Заземление заряженных сфер

[kis]

Есть заряженный шар $q$ радиуса $R_1$, который окружен незаряженным шаровым слоем с радиусами $R_2<R_3$

Если слой заземлить, то его потенциал станет равным $\varphi = 0$ нулю, внешняя поверхность слоя заряжена не будет, а на внутренней поверхности индуцируется заряд $-q$.

Интуитивно понятно, что заземленный проводник не должен иметь заряда - он стечет в много больший проводник. Но почему незаряжена только внешняя поверхность, а индуцированный заряд с внутренней поверхности не уходит в землю?


Теперь вопрос по другой системе сфер. Есть три концентрические сферы с радиусами $R_1 < R_2 < R_3$. Заряды первой и третьей сфер соответственно равны $+Q$ и $-Q$. Средняя сфера $2$ заземлена. Какой заряд $q$ на сфере?

Почему весь заряд со сферы $2$ не утекает в землю? Проводник же заземлен.

[Pphantom]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»

[AnatolyBa]

kis в сообщении #1056254 писал(а):

Интуитивно понятно, что заземленный проводник не должен иметь заряда - он стечет в много больший проводник.

Это не верно. Лучше посчитать потенциалы аккуратно и на этой основе развивать интуицию

[Munin]

kis в сообщении #1056254 писал(а):

Интуитивно понятно, что заземленный проводник не должен иметь заряда - он стечет в много больший проводник.

Заземлённый проводник не имеет потенциала. А заряд он может иметь - более того, обязан иметь - ровно такой, чтобы потенциала не было.

[AnatolyBa]

Не имеет потенциала - в смысле потенциал равен нулю

[Slav-27]

kis в сообщении #1056254 писал(а):

Интуитивно понятно, что заземленный проводник не должен иметь заряда...

Во-первых, заряды на металлических проводниках всегда остаются - и положительные и отрицательные. Во-вторых, он должен не не иметь заряда, а иметь потенциал, равный потенциалу земли.

Считают, что потенциал земли равен потенциалу вдалеке от источников поля, там, где электрическое поле почти нулевое.

Всё дело (грубо говоря) в следующем: Пока внешний слой не заземлён, положительные заряды под действием электрического поля, созданного внутренним шаром (я предполагаю, что у него положительный заряд), отталкиваются наружу, а отрицательные - притягиваются кнутри. Они притягиваются отовсюду, но до внутренней поверхности слоя могут дойти лишь те отрцательные заряды, что изначально были на слое.

Заземляя, вы подключаете неограниченный источник отрицательных зарядов (и неограниченный приёмник положительных): всё, что хочет утечь, - утекает, а всё, что хочет притечь, - притекает. Так отрицательные заряды заряды притекают на слой, пока наружи остается ненулевое электрическое поле, силы коего вынуждают отрицательные заряды двигаться к шару. Когда отрицательного заряду на слое накопится столько, что поле слоя скомпенсирует внешнее электрическое поле (двигающее отрицательные заряды к шару, а положительные от шара), ток прекратится.

[Munin]

Slav-27 в сообщении #1056288 писал(а):

Во-первых, заряды на металлических проводниках всегда остаются - и положительные и отрицательные.

Ну, разрядить металлический проводник тоже можно. Поместим его внутрь проводящей сферы, и закоротим на неё. Все заряды убегут на сферу.

[kis]

Slav-27 в сообщении #1056288 писал(а):

kis в сообщении #1056254 писал(а):

Интуитивно понятно, что заземленный проводник не должен иметь заряда...

Во-первых, заряды на металлических проводниках всегда остаются - и положительные и отрицательные. Во-вторых, он должен не не иметь заряда, а иметь потенциал, равный потенциалу земли.

Считают, что потенциал земли равен потенциалу вдалеке от источников поля, там, где электрическое поле почти нулевое.

Всё дело (грубо говоря) в следующем: Пока внешний слой не заземлён, положительные заряды под действием электрического поля, созданного внутренним шаром (я предполагаю, что у него положительный заряд), отталкиваются наружу, а отрицательные - притягиваются кнутри. Они притягиваются отовсюду, но до внутренней поверхности слоя могут дойти лишь те отрцательные заряды, что изначально были на слое.

Заземляя, вы подключаете неограниченный источник отрицательных зарядов (и неограниченный приёмник положительных): всё, что хочет утечь, - утекает, а всё, что хочет притечь, - притекает. Так отрицательные заряды заряды притекают на слой, пока наружи остается ненулевое электрическое поле, силы коего вынуждают отрицательные заряды двигаться к шару. Когда отрицательного заряду на слое накопится столько, что поле слоя скомпенсирует внешнее электрическое поле (двигающее отрицательные заряды к шару, а положительные от шара), ток прекратится.

Спасибо вам большое за такой детальный разбор!

[Slav-27]

Munin в сообщении #1056294 писал(а):

Ну, разрядить металлический проводник тоже можно.

Придираясь к той фразе, я имел в виду, что в металле в любом случае остаются связанные заряды (заряды ядер и связанных электронов). Если утекут все свободные заряды (то есть все свободные электроны), то на слое останется избыточный положительный заряд и слой будет заряжен; а если свободные заряды останутся, то (как уверяет КО) останутся свободные заряды.

Я написал это на всякий случай, потому что не был вполне уверен, что kis понимает.

[Munin]

Проще всё-таки говорить и думать, что разряженное тело имеет заряд 0 (хотя в нём и есть ядра и электроны), а если его зарядить, то оно имеет заряд положительный (при недостатке электронов) или отрицательный (при избытке). Получается некое такое представление об "электрической жидкости", или даже двух: "положительной" и "отрицательной". Это не приносит вреда, пока сопровождается ясным пониманием, что там на самом деле, - просто некая экономия рассуждений.