Keresés


Toplista

Toplista
  • betöltés...

Magántanár kereső

Ha szívesen korrepetálnál, hozd létre magántanár profilodat itt.
Ha diák vagy és korrepetálásra van szükséged, akkor regisztrálj be és írd meg itt, hogy milyen tantárgyban!

Kérnék szépen segítséget egy elektrosztatikus teres feladathoz! SOS

271
Sziasztok!
Szeretnék segítséget kérni a következő elektrosztatika példához.

Milyen elektrosztatikus teret kelt az R sugarú, szigetelő gömbön belül elhelyezkedő alábbi ábrán jelölt sűrűségű töltéseloszlás? Ahol ρ0 és R paraméterek.

A segítséget előre is hálásan köszönöm!

Jelenleg 1 felhasználó nézi ezt a kérdést.
elektrodinamika, elektrosztatika, töltéseloszlás, gömb
0
Felsőoktatás / Fizika

Válaszok

1
A középponttól `r` távolságra a Gauss-tétel szerint ez igaz:
`int_A\ vecE\ vec(dA) = 1/ε_0 int_V ρ\ dV`
Ez a gömb belsejében, és azon kívül is igaz, csak persze máshogy megy az integrál `r`-től függően.

A gömb belsejében, `r` távolságra. A gömbszimmetria miatt az `r` sugarú gömbfelület minden pontján merőleges a térerősség a felszínre, és minden pontban egyforma. A bal oldali integrál ezért egyszerűen a térerősség szorozva az `r` sugarú gömb felületével: `E·4r^2π`
A jobb oldali integrál pedig: `x` távolságra a középponttól egy kis `dx` vastagságú gömbhéjon belül állandó a töltéssűrűség (`ρ(x)`), ezért számolhatunk annak a térfogatával (ami `4x^2π·dx`, hisz a gömb felülete `4x^2π`, vastagsága pedig `dx`), ennek és a sűrűségnek a szorzata a töltés. Azt kell 0-tól `r`-ig integrálni:
`1/ε_0 int_V ρ\ dV=1/ε_0 int_0^r ρ(x)·4x^2π dx=(4π)/ε_0 int_0^r ρ_0(1-x/R)·x^2\ dx=`
`=(4π)/ε_0·ρ_0( int_0^r x^2\ dx - int_0^r x^3/R\ dx)=(4π)/ε_0·ρ_0( r^3/3 - r^4/(4R))`
A két oldalt együtt felírva:
`E(r)·4r^2π=(4r^3π)/3 ρ_0/ε_0( 1 - 3/4 r/R)`
`E(r)=r ρ_0/(3ε_0)( 1 - 3/4 r/R)`

A gömbön kívül:
A bal oldali integrál ugyanúgy alakul, a jobb oldalit viszont csak a gömbön belül, a teljes töltésig kell számoljuk. Azt az előző integráláskor már gyakorlatilag ki is számoltuk, hisz `r=R` esetén:
`Q=(4R^3π)/3·ρ_0(1-3/4)=(R^3π)/3·ρ_0`
A Gauss-törvény pedig:
`E(r)·4r^2π=Q/ε_0=(R^3π)/3·ρ_0/ε_0`
`E(r)=1/r^2·R^3/12·ρ_0/ε_0`
2