What is the electric field intensity at points A and B of a sphere with radius R, which is spherically symmetrically

  • 30
What is the electric field intensity at points A and B of a sphere with radius R, which is spherically symmetrically charged with a volume charge Q such that ρ(r) ~ r2? Given that rA = 0.5R, and rB = 0.8R, what is the electric field intensity at these points?
Звездопад_В_Космосе
54
Чтобы ответить на этот вопрос, нам потребуется использовать закон Кулона для сферически симметричного распределения заряда. Давайте рассмотрим каждую точку по очереди.

Для точки A, мы рассматриваем заряд в объеме сферы радиусом rA, то есть шар с радиусом 0.5R. Объем этого шара можно выразить как \(\frac{4}{3} \pi (rA)^3\).

Зная распределение плотности заряда, мы можем выразить заряд внутри этого шара (Qv) следующим образом:

\[ Qv =\int_{0}^{rA} \rho(r) \cdot 4 \pi r^2 \, dr \]

Используя данную нам функцию плотности: \(\rho(r) = r^2\), мы можем переписать это выражение следующим образом:

\[ Qv = 4 \pi \int_{0}^{rA} r^4 \, dr \]

Вычислим этот интеграл:

\[ Qv = 4 \pi \left[\frac{r^5}{5}\right]_{0}^{rA} \]

\[ Qv = \frac{4\pi}{5}(rA)^5 \]

Теперь, используя закон Кулона, мы можем найти интенсивность электрического поля (E) в точке A, используя следующее соотношение:

\[ E = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \cdot \frac{Qv}{(rA)^2} \]

Где \(\epsilon_0\) - электрическая постоянная.

Теперь мы можем вычислить E для точки A:

\[ E_A = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \cdot \frac{\frac{4\pi}{5}(rA)^5}{(rA)^2} \]

\[ E_A = \frac{1}{5\epsilon_0} \cdot (rA)^3 \]

Аналогичным образом, мы можем проделать те же шаги для точки B.

В выражении для заряда внутри шара (Qv), теперь мы будем использовать радиус rB вместо rA:

\[ Qv = 4 \pi \int_{0}^{rB} r^4 \, dr \]

Вычисляем интеграл:

\[ Qv = 4 \pi \left[\frac{r^5}{5}\right]_{0}^{rB} \]

\[ Qv = \frac{4\pi}{5}(rB)^5 \]

Используя закон Кулона, мы можем найти интенсивность электрического поля (E) в точке B:

\[ E_B = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \cdot \frac{\frac{4\pi}{5}(rB)^5}{(rB)^2} \]

\[ E_B = \frac{1}{5\epsilon_0} \cdot (rB)^3 \]

Таким образом, мы нашли значения интенсивности электрического поля в точках A и B, и выражения для них являются:

\[ E_A = \frac{1}{5\epsilon_0} \cdot (rA)^3 \]

\[ E_B = \frac{1}{5\epsilon_0} \cdot (rB)^3 \]

Где \(\epsilon_0\) - электрическая постоянная.