Три электрических зарядов Q1, Q2, Q3 расположены на одной линии; расстояние между ними b и c. Необходимо найти напряжённость E и потенциал φ электрического поля в указанных цифрами точках и напряжение U между ними, а также силу F, действующую на заряд q, помещенный в указанную в колонках 12 (для четных вариантов) и 13 (для нечетных вариантов) точку, при нахождении зарядов: а) в воздухе; б) в заданной среде (колонка 14).
Данные для расчета следует взять из таблицы 1.
Рис. 1 – Схема размещения зарядов.
Таблица 1 - Исходные данные к задаче 1
Вар. Величина Q, 10-6 Кл Расстояние, см № расчетных точек Среда
Q1 Q2 Q3 q a b c d e f
4 0 0,5 -0,3 -0,4 15 25 20 30 20 10 4 6 Трансф. масло
Решение
При нахождении зарядов в воздухе.
Напряженность в точке представляет собой сумму напряженностей каждого заряда:
E=E1+E2+E3
Для точки 4:
E1=0, т.к. Q1=0;
E2=Q24πεε0r22
r2=c2+e2=0,22+0,22=0,283 м;
E2=0,5∙10-64∙3.14∙1∙8.85∙10-12∙0,2832=5.623∙104Вм;
E3=Q34πεε0r32
r3=e=0,2 м;
E3=0,3∙10-64∙3.14∙1∙8.85∙10-12∙0,22=6.747∙104 Вм;
Ex=E2cosα2+E3cosα3
Ey=E2sinα2-E3sinα3
cosα2=cr2=0,20,283=0.707
cosα3=0r3=0
sinα2=er2=0,20.283=0.707
sinα3=er2=0.20.2=1
Ex=5.623∙104∙0.707+6.747∙104∙0=3.976∙104Вм;
Ey=5.623∙104∙0.707-6.747∙104∙1=-2.771∙104Вм;
E=Ex2+Ey2=3.9762+2.7712∙104=4.846∙104Вм;
Направление напряженности:
γ=arctgExEy=arctg3.976-2.771=-55,12°
Потенциал поля в точке 5:
φ=φ2+φ3=E2∙r2+E3∙r3=5.623∙0,283+6.747∙0.2∙104==2,94∙104В;
Для точки 6:
E1=0; т.к
. Q1=0;
E2=Q24πεε0r22
r2=с+d=0,5 м;
E2=0,5∙10-64∙3.14∙1∙8.85∙10-12∙0,52=1.799∙104 Вм;
E3=Q34πεε0r32
r3=d=0,3 м;
E3=0,3∙10-64∙3.14∙1∙8.85∙10-12∙0,32=2.999∙104 Вм;
Так как заряды Q2 и Q3 находятся на одной горизонтальной линии с точкой 6, то:
E=Ex=E2-E3=1.799∙104-2.999∙104=-1.2∙104 Вм;
Ey=0
E=Ex2+Ey2=1.22+02∙104=1.2∙104Вм;
Направление напряженности:γ=180°;
Потенциал поля в точке 12:
φ=φ2+φ3=E2∙r2+E3∙r3=1.799∙0,5+2.999∙0.3∙104==1,799∙104В;
Разность потенциалов:
U=φ(4)-φ6=2,94∙104-1,799∙104=1,141∙104 В;
При нахождении зарядов в среде – трансформаторное масло:
Все расчеты выполняются аналогично, н ос учетом того, что диэлектрическая проницаемость среды ε = 7 для трансформаторного масла.
Напряженность в точке представляет собой сумму напряженностей каждого заряда:
E=E1+E2+E3
Для точки 4:
E1=0, т.к