НОФ 2004, III кръг (национален) — Задача 3. Две концентрични метални сфери

Национален кръг на олимпиадата по физика 2004, теоретичен кръг · 8 май 2004 г. · 15 т.

Условие

На две концентрични метални сфери с радиуси aa и bb (a<ba < b) са придадени заряди +q+q и −q-q съответно (q>0q > 0). Сферите са разположени във вакуум. Дебелините на сферите са много по-малки от техните радиуси.

а) Получете израз за интензитета EE на електричното поле в точка AA на разстояние rr от центъра на сферите. Разгледайте всички възможни положения на т. AA спрямо сферите. Представете зависимостта на EE от rr графично. [5 точки]

б) Като приемете центъра на сферите като точка с нулев потенциал,.получете израз за потенциала φ\varphi на електричното поле в точка AA на разстояние rr от центъра на сферите. Разгледайте всички възможни положения на т. AA спрямо сферите. Представете зависимостта на φ\varphi от rr графично. [5 точки]

в) Пространството между сферите е запълнено с течност, която има диелектрична проницаемост ε=10\varepsilon = 10. Поради слабата проводимост на течността зарядът върху сферите намалява с 5 % в продължение на време Δt=50\Delta t = 50 s. Пресметнете числено специфичното съпротивление ρ\rho на течността и оценете грешката на получения резултат. [5 точки]

Решение

Данни и физични константи; Полезни формули

Данни и физични константи:

Електрична константа ε0=8,89.10−12\varepsilon_0 = 8{,}89.10^{-12} F/m;

Константа в закона на Кулон k=9,00.109k = 9{,}00.10^{9} N.m2^{2}/C2^{2};

Универсална газова константа RR

Полезни формули:

· Трети закон на Кеплер. Квадратите на периодите на две планети се отнасят както кубовете на големите полуоси на техните елиптични орбити

(T1T2)2=(a1a2)3(при движение по кръгова орбита a=R).\left(\frac{T_1}{T_2}\right)^{2} = \left(\frac{a_1}{a_2}\right)^{3}\qquad \text{(при движение по кръгова орбита } a = R\text{)}.

Приближена формула: (1+x)α≈1+αx(1+x)^{\alpha} \approx 1 + \alpha x, когато x≪1x \ll 1

Бележка от източника

Електричната константа е отпечатана като 8,89.10−128{,}89.10^{-12} F/m. След „Универсална газова константа RR“ няма числена стойност, а гравитационната константа не е включена в списъка. Отпечатаният списък е запазен.


Оригинал в Архива: th_zad.pdf · официални решения: th_resh.pdf