1. Главная
  2. Библиотека
  3. Физика
  4. Два точечных заряда -2 нКл и 8 нКл расположены на расст...
Решение задачи на тему

Два точечных заряда -2 нКл и 8 нКл расположены на расстоянии 6 см друг от друга. a) Как направлен вектор напряжённости электрического поля в точке, расположенной посередине между зарядами: в сторону заряда -2 нКл или в сторону заряда 8 нКл? Обоснуйте свой

  • Физика
  • #Электричество и магнетизм
  • #Электродинамика
Два точечных заряда -2 нКл и 8 нКл расположены на расстоянии 6 см друг от друга. a) Как направлен вектор напряжённости электрического поля в точке, расположенной посередине между зарядами: в сторону заряда -2 нКл или в сторону заряда 8 нКл? Обоснуйте свой

Условие:

Два точечных заряда -2 нКл и 8 нКл расположены на расстоянии 6 см друг от друга.
a) Как направлен вектор напряжённости электрического поля в точке, расположенной посередине между зарядами: в сторону заряда -2 нКл или в сторону заряда 8 нКл? Обоснуйте свой ответ.
б) Чему равна напряжённость электрического поля в точке, находящейся посередине между зарядами?
В) На каком расстоянии от заряда -2 нКл находится точка, в которой напряжённость поля равна нулю?

Решение:

Для решения задачи, давайте разберем каждый пункт по порядку.

a) Направление вектора напряжённости электрического поля


У нас есть два заряда:
- Заряд $q_1 = -2 \, \text{нКл}$ (отрицательный)
- Заряд $q_2 = 8 \, \text{нКл}$ (положительный)

Расстояние между зарядами составляет $d = 6 \, \text{см} = 0.06 \, \text{м}$.

Точка, находящаяся посередине между зарядами, будет на расстоянии $3 \, \text{см} = 0.03 \, \text{м}$ от каждого из них.

Обоснование направления:
- Напряженность электрического поля от положительного заряда направлена от него (в сторону от заряда).
- Напряженность электрического поля от отрицательного заряда направлена к нему (в сторону заряда).

Таким образом, в точке, находящейся посередине:
- Напряженность от заряда $q_1$ (отрицательного) будет направлена к нему.
- Напряженность от заряда $q_2$ (положительного) будет направлена от него.

Поскольку заряд $q2$ больше по модулю, чем заряд $...1$, результирующая напряженность будет направлена в сторону положительного заряда $q_2$.

Вектор напряжённости электрического поля направлен в сторону заряда 8 нКл8 \, \text{нКл}.

Напряженность электрического поля EE от точечного заряда вычисляется по формуле:

E=k⋅∣q∣r2 E = \frac{k \cdot |q|}{r^2}
где:

  • k≈8.99×109 Н⋅м2/Кл2k \approx 8.99 \times 10^9 \, \text{Н} \cdot \text{м}^2/\text{Кл}^2 — электрическая постоянная,
  • qq — заряд,
  • rr — расстояние от заряда до точки.

Теперь рассчитаем напряженность от каждого заряда в точке, находящейся посередине.

E1=8.99×109⋅2×10−9(0.03)2=8.99×109⋅2×10−90.0009≈19978.89 Н/Кл E_1 = \frac{8.99 \times 10^9 \cdot 2 \times 10^{-9}}{(0.03)^2} = \frac{8.99 \times 10^9 \cdot 2 \times 10^{-9}}{0.0009} \approx 19978.89 \, \text{Н/Кл}

(направлена к заряду q1q_1)

E2=8.99×109⋅8×10−9(0.03)2=8.99×109⋅8×10−90.0009≈79991.11 Н/Кл E_2 = \frac{8.99 \times 10^9 \cdot 8 \times 10^{-9}}{(0.03)^2} = \frac{8.99 \times 10^9 \cdot 8 \times 10^{-9}}{0.0009} \approx 79991.11 \, \text{Н/Кл}

(направлена от заряда q2q_2)

Теперь найдем результирующую напряженность в точке:

E2−E1=79991.11−19978.89≈60012.22 Н/Кл E2 - E_1 = 79991.11 - 19978.89 \approx 60012.22 \, \text{Н/Кл}

Напряжённость электрического поля в точке, находящейся посередине между зарядами, равна примерно 60012.22 Н/Кл60012.22 \, \text{Н/Кл}.

Обозначим расстояние от заряда q2q2 до этой точки будет 0.06−x0.06 - x.

В этой точке напряженности от обоих зарядов должны быть равны по модулю:

k⋅∣q2∣(0.06−x)2 \frac{k \cdot |q2|}{(0.06 - x)^2}

Упрощая, получаем:

2×10−9x2=8×10−9(0.06−x)2 \frac{2 \times 10^{-9}}{x^2} = \frac{8 \times 10^{-9}}{(0.06 - x)^2}

Убираем kk и перемножаем:

2(0.06−x)2=8x2 2(0.06 - x)^2 = 8x^2
2(0.0036−0.12x+x2)=8x2 2(0.0036 - 0.12x + x^2) = 8x^2
0.0072−0.24x+2x2=8x2 0.0072 - 0.24x + 2x^2 = 8x^2
0=6x2+0.24x−0.0072 0 = 6x^2 + 0.24x - 0.0072

Решим это квадратное уравнение с помощью дискриминанта:

D=b2−4ac=(0.24)2−4⋅6⋅(−0.0072)=0.0576+0.1728=0.2304 D = b^2 - 4ac = (0.24)^2 - 4 \cdot 6 \cdot (-0.0072) = 0.0576 + 0.1728 = 0.2304

Теперь находим корни:

x=−b±D2a=−0.24±0.230412 x = \frac{-b \pm \sqrt{D}}{2a} = \frac{-0.24 \pm \sqrt{0.2304}}{12}
0.2304≈0.48 \sqrt{0.2304} \approx 0.48
x1=−0.24+0.4812≈0.02 м=2 см x_1 = \frac{-0.24 + 0.48}{12} \approx 0.02 \, \text{м} = 2 \, \text{см}
x2=−0.24−0.4812 (отрицательный корень, не рассматриваем) x_2 = \frac{-0.24 - 0.48}{12} \text{ (отрицательный корень, не рассматриваем)}

Точка, в которой напряжённость поля равна нулю, находится на расстоянии 2 см2 \, \text{см} от заряда −2 нКл-2 \, \text{нКл}.

Выбери предмет