и его
емкость: .
Если заряд (или систему зарядов) поместить у безграничной проводящей незаряженной плоскости, то между ними возникнет взаимодействие вследствие появления на этой плоскости индуцированных зарядов.
Поле в полупространстве, где расположен заряд, можно найти как сумму полей исходного заряда и «заряда-изображения» в данной плоскости. «Заряд-изображение» ищется из условия, что потенциал результирующего поля на проводящей поверхности должен обратиться в 0.
Емкостью системы проводников называется
, если проводники
имеют заряды q разного знака.
Емкость
плоского конденсатора: ,
где S – площадь его пластин, d – расстояние между ними.
При последовательном соединении конденсаторов емкость системы определяется:
При параллельном:
Находящаяся в вакууме круглая очень тонкая пластинка радиуса R равномерно заряжена с поверхностной плотностью s. Найти потенциал и напряженность электрического поля на оси пластинки как функцию расстояния х от ее центра.
Решение
Потенциал в точке А, расположенной на оси на
расстоянии х от центра пластинки будем искать как потенциал системы
зарядов
.
Разобьем
пластинку на тонкие кольца радиуса r и
толщины dr. На этом кольце расположен заряд . В точке А
он создает поле с потенциалом
где
сделана замена:
Из симметрии задачи следует, что напряженность поля пластинки в точке А будет направлена по оси х.
Учитывая
связь между напряженностью и потенциалом , будем искать Е
как
Тонкое проволочное кольцо радиуса R имеет заряд q. Кольцо расположено параллельно безграничной проводящей плоскости на расстоянии а от нее. Найти потенциал в центре кольца и поверхностную плотность заряда в точке плоскости, расположенной симметрично относительно кольца.
Решение
«Зарядом-изображением» будет кольцо зарядом –q, расположенное на расстоянии а по другую сторону плоскости. Поле в полупространстве, содержащем заданное кольцо, будет определяться этим кольцом и его «изображением».
Найдем потенциал системы зарядов:
Разобьем данный интеграл на 2:
– для
элементарных зарядов первого и второго колец.
Чтобы
найти поверхностную плотность зарядов на плоскости в точке О, найдем там
напряженность поля, которая у поверхности проводника определяется:
Поле в точке О складывается из
поля кольца заряда q и его «изображения». Эти поля одинаковы
по величине и направлены в одну сторону. Таким образом,
(см. задачу 2 из урока 1).
Направление напряженности поля у поверхности проводника в точке О указывает на отрицательный знак поверхностной плотности индуцированного заряда. Ее величина найдется как
Точечный заряд q находится на расстоянии l от безграничной проводящей плоскости. Найти работу, которую совершит электрическая сила, действующая на заряд q при его медленном удалении на очень большое расстояние от плоскости.
Решение
По определению работа этой силы при
элементарном перемещении dx:
где выражение для силы получено с помощью метода изображений. Проинтегрировав это уравнение по x от l до ¥, найдем
Замечание. Попытка решить эту задачу другим
способом – через потенциал – приводит к неверному результату. Это связано с тем,
что соотношение справедливо только для потенциального
поля. В системе же отсчета, связанной с проводящей плоскостью, электрическое
поле индуцированных зарядов не потенциально: перемещение заряда q приводит к
изменению распределения индуцированных зарядов, и их поле оказывается зависящим
от времени.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.