Методические указания для практических занятий по общей и экспериментальной физике. Часть третья. Электричество. Филимонова Л.В. - 26 стр.

UptoLike

Составители: 

26
напряженность его поля направлена по оси. Поэтому при сложении одинаково
направленных векторов величина суммы будет равна сумме величин напря-
женностей слагаемых полей:
2/322
)(
2
Rx
drrx
kdE
+
=
π
σ
).1(2)
11
(2
)
)(
1
2(
)(
2
)(
2
22222
0
2/122
2
0
2/322
0
2/322
0
xR
x
k
xRx
xk
rx
xk
rx
rdr
xk
rx
rdrx
kdEE
R
RRR
+
=
+
=
=
+
=
+
=
+
==
πσπσ
πσπσ
πσ
π
Подставив сюда выражение для плотности заряда, получим то же выражение,
что и ранее. Теперь остается определить потенциал:
).(2
)(2)1(2)()(
0
2
2
0
22
22
22
0
0
00
xRxxRxk
Rxxkdx
Rx
x
kdxExx
x
x
x
x
x
x
x
+++=
=+=
+
==
πσ
πσπσϕϕ
Полагая =
0
x , получим
).(
2
)(2)(
22
2
22
xRx
R
kQ
xRxkx +=+=
πσϕ
Последняя формула также подтверждает полученный ранее результат.
Задача 2.4. Бесконечная тонкая нить равномерно заряжена с линейной
плотностью
τ
. Найдите напряженность и потенциал на расстоянии х от нити.
Указания по решению. Рассмотрим элемент длины dl, несущий заряд
dq=
τ
dl.
Проекция вектора напряженности поля этого заряда в заданной точке
2/32222
)(
cos
lx
xdl
k
lx
dl
kdE
x
+
=
+
=
τ
α
τ
.
Интегрируем по переменной l:
x
k
x
xk
lxx
l
xk
lx
dl
xkE
x
τ
τττ
21
2)(2
)(
2
2
0
222
0
2/322
==
+
=
+
=
.
Теперь можно вычислить разность потенциалов между двумя точками х и х
0
рассматриваемого поля:
напряженность его поля направлена по оси. Поэтому при сложении одинаково
направленных векторов величина суммы будет равна сумме величин напря-
женностей слагаемых полей:
                                σ ⋅ x ⋅ 2πr ⋅ dr ⇒
                          dE = k 2
                                ( x + R 2 )3 / 2
                                                                                                  R
     R
              σ ⋅ x ⋅ 2πrdr = kπσx 2πR
              R
E = ∫ dE = ∫ k 2
                                              2rdr
                                                          =   πσ    −  ⋅
                                                                                 1
                                                                                            )=
                       2 3/ 2       ∫       2     2 3/ 2
                                                            k   x (  2       2     2 1/ 2
     0      0  ( x + r )             0  ( x   + r  )                     ( x   + r  )     0
           1         1                          x
= 2kπσx (      −           ) = 2kπσ (1 −               ).
             2      2    2                    2      2
           x       R +x                      R +x
Подставив сюда выражение для плотности заряда, получим то же выражение,
что и ранее. Теперь остается определить потенциал:
                     x            x                                                               x
                                                       x
ϕ ( x ) − ϕ ( x0 ) = − ∫ E x dx = − ∫ 2kπσ (1 −                )dx = −2kπσ ( x − x 2 + R 2             )=
                                                   2       2
                    x0           x0                x +R                                           x0

= 2kπσ ( x 2 + R 2 − x − x02 + R 2 + x0 ).
Полагая x0 = ∞ , получим
                                        2kQ
                  ϕ ( x ) = 2kπσ ( x 2 + R 2 − x ) =
                                           2
                                             ( x 2 + R 2 − x ).
                                         R
Последняя формула также подтверждает полученный ранее результат.

Задача №2.4.        Бесконечная тонкая нить равномерно заряжена с линейной
плотностью τ. Найдите напряженность и потенциал на расстоянии х от нити.
Указания по решению. Рассмотрим элемент длины dl, несущий заряд
                                             dq=τ⋅dl.
Проекция вектора напряженности поля этого заряда в заданной точке
                                      τ dl                      τdl ⋅ x
                     dE x = k                ⋅ cos α = k                        .
                                 x2 + l 2                  ( x 2 + l 2 )3 / 2
Интегрируем по переменной l:
                                                                 ∞
                     ∞
                            dl                       l                              1    2 kτ
         E x = 2 kτ x ∫ 2     2 3/ 2
                                     = 2 k τ x (                     ) = 2 kτ x ⋅      =      .
                      0 (x + l )                 x2 x2 + l 2     0
                                                                                    x2     x
Теперь можно вычислить разность потенциалов между двумя точками х и х0
рассматриваемого поля:


                                              26