Elektrostatyka Zadanie 13 - Natężenie Pola i Potencjał wokół nieprzewodzącej naładowanej nici...
W tym materiale
Nieskończenie długa, nieprzewodząca nić naładowana jest równomiernie ładunkiem o gęstości liniowej lambda. Wyznaczyć natężenie pola i potencjał w odległości r od nici w kierunku prostopadłym do nici.
Zobacz rozwiązanie! - kliknij na napis "więcej" znajdujący się poniżej.
Warto rozpatrzeć jak wygląda definicja gęstości liniowej ładunku:
\lambda =\frac{q}{l}
Niewiele bezpośrednio nam to jednak da, bez rysunku i bez użycia prawa Gaussa sobie raczej nie poradzimy.

Teraz na podstawie prawa Gaussa możemy wyznaczyć wektor indukcji
\int_{S}\vec{D}\cdot d\vec{S}=\lambda
Strumień indukcji przenikający przez dwie powierzchnie podstaw walca jest równy zeru, ponieważ wektor D ,jest w tym przypadku do nich styczny zatem na tych powierzchniach
\vec{D}\cdot d\vec{S}=0
Wszystkie punkty powierzchni bocznej są jednakowo odległe od naładowanej osi, wobec tego wektor indukcji w każdym punkcie tej powierzchni jest taki sam i równanie początkowe upraszcza się nam do postaci:
2D\pi rl=\lambda l
Jak widzimy „l” się skróci i nie mamy już problemu z nieskończoną długością.
Wiemy też że:
D=\varepsilon E
Więc ostatecznie po przekształceniach mamy:
E=\frac{\lambda }{2\pi r\varepsilon }
Wyznaczyć potencjał będzie jeszcze trudniej.
Przyda nam się nasz ostateczny wzór na natężenie pola.
Oraz musimy skorzystać ze wzoru który znamy z prawa Gaussa na obliczanie potencjału
V=\int_{r}^{r_{p}}\vec{E}\cdot d\vec{r}
Możemy dokonać podstawienia za E:
V=\int_{r}^{r_{p}}\frac{\lambda }{2\pi r\varepsilon }\cdot dr
Po wykonaniu całkowania natomiast otrzymujemy:
V=\frac{\lambda }{2\pi \varepsilon }\ln r_{p}-\frac{\lambda }{2\pi \varepsilon }\ln r
Pierwszy człon po znaku równości to tak naprawdę dowolna stała całkowania, z dokładnością co do której został określony potencjał. Najprościej będzie jak przyjmiemy po prostu ją równą zeru, czyli jednostowe rp, tzn. że punkt odniesienia znajduje się w odległości od przewodu równej jednostce miary długości.
Po tym uproszczeniu dostajemy ostateczny wzór:
V=-\frac{\lambda }{2\pi \varepsilon }\ln r=\frac{\lambda }{2\pi \varepsilon }\ln \frac{1}{r}
Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »
← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Komentarze (0)
Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.
RSS komentarzy · Powiadomienia e-mail
Dodaj komentarz