v2.0.9794.34739
Fizyka dla każdego
Pole elektryczne i magnetyczne — prawa całkowe · 1 min czytania

Naładowana kula — zadanie: porównanie izolatora i przewodnika

Opublikowano: 25.10.2026
Wyślij link e-mailem Własna poczta Komentarze: 0

Oceń ten artykuł: od 1 do 5 gwiazdek
(0 głosów) . Jeszcze nie oddano głosów.

Kliknij gwiazdkę, aby od razu oddać ocenę. Klawiaturą wybierz gwiazdkę klawiszem Tab i naciśnij Enter lub spację. Jeden głos na materiał z danej przeglądarki.

Dwie odizolowane kule w próżni mają promień R = 0,10 m i ładunek Q = +4,0 nC. W pierwszej nieruchomy ładunek jest jednorodny w objętości, bez dodatkowej polaryzacji. Druga jest przewodząca i pozostaje w równowadze elektrostatycznej bez zewnętrznych źródeł. Przyjmij ε₀ = 8,85·10⁻¹² F/m, k = 1/(4πε₀) i V(∞) = 0.

a) Oblicz Eᵣ i V obu kul przy r = 0,050 m oraz r = 0,20 m. b) Podaj potencjał w środku. c) Porównaj granice pola tuż wewnątrz i tuż na zewnątrz powierzchni.

Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanie
Wskazówka

Najpierw ustal, czy punkt leży wewnątrz. W izolatorze Qwew rośnie jak r³; w przewodniku wynosi zero aż do powierzchni. Stały potencjał przewodnika nie musi być zerowy.

Rozwiązanie

1. Wartości odniesienia

Z podanego ε₀ mamy k ≈ 8,9918·10⁹ N·m²/C². Stąd kQ/R² ≈ 3596,72 V/m oraz kQ/R ≈ 359,67 V. Zachowujemy kilka cyfr w rachunkach.

2. Połowa promienia

Przy r/R = 0,5 objęty ładunek jednorodnej kuli to Q/8, lecz powierzchnia Gaussa jest cztery razy mniejsza. Pole jest połową wartości powierzchniowej:

E_{r,\mathrm{izolator}}\approx1798{,}36\ \mathrm{V/m},\qquad V_{\mathrm{izolator}}\approx494{,}55\ \mathrm V.

W przewodniku w tym samym punkcie Eᵣ = 0 i V ≈ 359,67 V. Równowaga wymaga zerowego pola wewnętrznego, nie zerowego potencjału względem nieskończoności.

3. Na zewnątrz i w środku

Przy r = 0,20 m obie kule dają Eᵣ ≈ 899,18 V/m i V ≈ 179,84 V. W środku izolatora V ≈ 539,51 V, a przewodnika V ≈ 359,67 V. Pola w obu środkach są zerowe. Nie wolno wnioskować o V wyłącznie z wartości E w jednym punkcie.

4. Co dzieje się na powierzchni?

W izolatorze obie granice Eᵣ wynoszą 3596,72 V/m. W przewodniku granica wewnętrzna jest zerowa, zewnętrzna wynosi 3596,72 V/m. Liniowy odcinek od zera w środku do pola powierzchniowego odpowiada jednorodnemu ładunkowi objętościowemu, a nie równowadze przewodnika.

E przez E R dla jednorodnie naładowanej kuli i przewodzącej kuli o tym samym promieniu oraz ładunku dodatnim. W izolatorze E rośnie od zera liniowo do E R. W przewodniku jest zerowe wewnątrz i skacze na powierzchni. Na zewnątrz obu E maleje jak jeden przez r do kwadratu.
Eᵣ jest składową radialną, a ER = kQ/R² dodatnią wartością odniesienia. Puste kółko oznacza granicę od strony wnętrza przewodnika. Kliknij rysunek, aby go powiększyć.

Powiązana teoria

Naładowana kula: pole i potencjał w izolatorze oraz przewodniku

Dalsza lektura

Materiał referencyjny

Najpierw spróbuj samodzielnie. Zapisz dane, wybierz prawa fizyczne i sprawdź jednostki. Przejdź do zadań ze sprawdzaniem odpowiedzi »

Ostatnie materiały autora

Wszystkie materiały autora »

Komentarze (0)

Nie ma jeszcze opublikowanych komentarzy. Rozpocznij rozmowę o tym materiale.

Dodaj komentarz

Możesz komentować jako gość lub zalogować się, aby użyć danych konta. Utwórz konto

Emotikony

Zaznacz tekst i wybierz formatowanie lub użyj Ctrl/Cmd+B, I, U w polu komentarza. Znaczniki HTML nie są wykonywane.

Wybór wszystkich komentarzy obejmuje odpowiedzi. Powiadomienia wymagają potwierdzenia adresu; zrezygnujesz z nich przez link w wiadomości.

← Wróć do działu: Zadania Do góry ↑
Nie znalazłeś szukanego materiału? Napisz do nas — pomóż nam rozwijać Fizykę dla każdego.