1. Почему заряды в проводниках называют свободными?
Заряды в проводниках называют свободными, потому что они могут перемещаться внутри проводника под действием электрического поля. В металлах такими зарядами являются свободные электроны, которые не связаны с конкретными атомами и способны перемещаться по всему объёму проводника.
2. Объясните, почему при равновесии зарядов на проводнике электростатическое поле внутри проводника отсутствует.
При равновесии зарядов на проводнике электростатическое поле внутри проводника отсутствует, потому что свободные заряды перераспределяются так, чтобы компенсировать любое внутреннее электрическое поле. В противном случае заряды продолжали бы двигаться, что противоречило бы условию электростатического равновесия.
3. В чём состоит явление электростатической индукции?
Явление электростатической индукции заключается в том, что при внесении заряжённого тела к проводнику на его поверхности происходит перераспределение зарядов. Заряды противоположного знака притягиваются к ближайшей области проводника, а заряды того же знака отталкиваются, создавая разделение зарядов.
4. Какой вывод можно сделать на основе опытов с клеткой Фарадея?
Опыты с клеткой Фарадея показывают, что электростатическое поле внутри замкнутого проводящего контура отсутствует. Это означает, что проводники экранируют внутреннее пространство от внешних электрических полей, поскольку заряды на поверхности перераспределяются так, чтобы полностью компенсировать внешнее воздействие.
5. Какой способ электризации тел называют электризацией через влияние?
Электризация через влияние — это способ электризации, при котором перераспределение зарядов в проводнике происходит под действием внешнего электрического поля без непосредственного контакта с заряженным телом.
6. Почему поверхность проводника является эквипотенциальной?
Поверхность проводника является эквипотенциальной, потому что в состоянии равновесия электрическое поле внутри проводника отсутствует, а на его поверхности напряжённость векторно направлена перпендикулярно. Это означает, что потенциал во всех точках поверхности одинаков, иначе возникал бы ток зарядов вдоль поверхности, что противоречит равновесному состоянию.
1. Если коснуться стержня заряженного электроскопа пальцем, то электроскоп разрядится. Произойдёт ли то же самое, если вблизи электроскопа находится заряженное тело?
Если коснуться стержня заряженного электроскопа пальцем, он разрядится, так как через тело человека заряд стечёт на Землю. Однако, если просто поднести заряженное тело вблизи электроскопа, он не разрядится, а лишь изменит угол отклонения лепестков. Это произойдёт из-за электростатической индукции — заряды внутри электроскопа перераспределятся, но общий заряд останется неизменным.
2. Металлический заряженный цилиндр соединён с электроскопом. Наличие каких зарядов покажет электроскоп в тех случаях, когда: а) в цилиндр вносится положительно заряженный шарик, не соприкасающийся с ним; б) заряженным шариком касаются внутренней поверхности цилиндра?
Если металлический заряженный цилиндр соединён с электроскопом, его показания будут зависеть от взаимодействия с заряженным шариком: а) Если положительно заряженный шарик внести внутрь цилиндра, не касаясь его, электроскоп сначала не покажет изменений, так как общий заряд системы остаётся неизменным. Однако внутри цилиндра индуцируются противоположные заряды, а снаружи — заряды того же знака, что и у шарика. б) Если заряженный шарик коснётся внутренней поверхности цилиндра, часть его заряда перейдёт на цилиндр, и электроскоп зарегистрирует увеличение заряда того же знака, что был у шарика.
1. К заряженному электрометру подносят с большого расстояния отрицательно заряженный предмет. По мере приближения предмета показания электрометра сначала уменьшаются, а с некоторого момента вновь увеличиваются. Заряд какого знака был на электрометре?
Если показания электрометра сначала уменьшаются, а затем снова увеличиваются при приближении отрицательно заряженного предмета, значит, начальный заряд электрометра был положительным. По мере приближения отрицательного тела часть заряда перераспределяется, но когда предмет становится достаточно близко, сила взаимодействия возрастает, и стрелка снова отклоняется.
2. Допустим, в вашем распоряжении имеются два изолированных металлических шара одинакового диаметра. Каким образом можно на них получить равные по модулю заряды: а) разноимённые; б) одноимённые?
а) Разноимённые заряды можно получить, если соединить шары проводником и поднести к ним заряженное тело. После отсоединения проводника шары сохранят индуцированные противоположные заряды. б) Одноимённые заряды можно получить, если сначала зарядить один из шаров, а затем соединить его с незаряженным проводником. Заряд равномерно распределится между ними, если они одинакового диаметра.
3. Две металлические концентрические сферы радиусами 15 и 30 см расположены в воздухе. На внутренней сфере расположен заряд, равный -20 нКл. При этом потенциал внешней сферы равен 450 В. Вычислите напряжённость и потенциал электростатического поля в точках, удалённых от центра сфер: а) на 10 см; б) 20 см; в) 36 см.
Внутренняя сфера заряжена на -20 нКл, внешний потенциал 450 В. Напряжённость и потенциал электростатического поля определяются законами Кулона и потенциала: а) Внутри внутренней сферы (r = 10 см) напряжённость E = 0, а потенциал равен потенциалу внутренней сферы. б) Между сферами (r = 20 см) напряжённость вычисляется по формуле E = k * |q| / r², потенциал — по закону суперпозиции. в) За пределами внешней сферы (r = 36 см) заряд можно рассматривать как точечный, и напряжённость будет рассчитываться аналогично.
4. Металлический шар радиусом 3,2 см, заряженный до потенциала 100 В, находится далеко от других заряженных тел и Земли. Чему будет равен модуль заряда на шаре, если его соединить длинным проводником с незаряженным металлическим шаром радиусом 32 см?
Когда металлический шар радиусом 3,2 см с потенциалом 100 В соединяют с незаряженным шаром радиусом 32 см, потенциалы выравниваются. Новый потенциал системы будет: V = (q1 + q2) / (C1 + C2), где C = 4πε₀R — ёмкость шара. После перераспределения зарядов общий заряд останется тем же, но распределится пропорционально ёмкостям шаров.