6.1.19. Докажите, что составляющая напряженности электрического поля,
перпендикулярная поверхности равномерно заряженного участка плоскости, равна E⊥ = $\frac{\sigma\Omega}{4\pi\varepsilon_0}$, где $\Omega$ — телесный угол, под которым виден этот участок
из рассматриваемой точки пространства, $\sigma$ — поверхностная плотность заряда.
а) в центре куба, пять граней которого равномерно заряжены с поверхностной
плотностью заряда $\sigma$, а одна грань не заряжена;<br>
б) в центре правильного тетраэдра, три грани которого заряжены с поверхностной плотностью $\sigma_1$, а четвертая — с поверхностной плотностью заряда $\sigma_2$;<br>
−
в) равномерно заряженной плоскости, если поверхностная плотность заряда $σ$;
+
в) равномерно заряженной плоскости, если поверхностная плотность заряда $\sigma$;
г) на оси длинной трубы с сечением в виде правильного треугольника, если
поверхностная плотность заряда граней треугольника трубы равна соответственно $\sigma_1$, $\sigma_2$, $\sigma_3$;<br>
д) в вершине конуса с углом при вершине $\alpha$ и высоты $h$, равномерно заряженного с объемной плотностью заряда $\rho$;<br>
е) на ребре длинного бруска, равномерно заряженного с объемной плотностью заряда $\rho$; поперечное сечение бруска — правильный треугольник со стороной $l$.
<br><br>
</p>
<!-- <div class="StatementDiv">
<img class="Statement" src="statement.png">
</div> -->
</div>
<hr>
<h3>
Решение:
</h3>
<div class="solutions">
<div class="solutions">
<img class="ScreenS" src="6.1.19.png">
</div><br><br>
<p class="TxtSolutions"> Плоскость участка dS' перпендикулярна отрезкам R и R. По определению телесного угла $dS'=d\Omega{R^2}$<br>
a) Полный телесный угол - 4$\pi$срад. У куба 6 граней, каждая из граней ограничивает 1/6 часть пространства, т.е. они видны из центра под углом $4\pi/6=2\pi/3$срад. Напряжённости противоположных граней полностью компенсируют друг друга (симметрия). Есть 2 пары противоположных граней и одна свободная - она-то и будет создавать напряжённость. <br>
б) Грани тетраэдра ограничивают четверть пространства, их телесный угол - $\pi$срад. Три одинаково заряженные грани и последняя грань создадут векторы напряжённости, направленные вдоль высоты тетраэдра, и противоположные друг другу по направлению (прилежащие к высоте грани тетраэдра наклонены к ней под углом, синус которого равен 1/3):<br>
г) Грани трубки ограничивают треть пространства, их телесный угол - $4\pi/3$срад. Три грани создадут три вектора, направленных под углом $120 ^{\circ}$ друг к другу, с модулем, который задаётся формулой $E_i=\frac{\sigma_i}{3\varepsilon_0}$. Запишем проекции векторов на ось вектора $E_1$:<br>
д) Будем разрезать конус на малые диски, перпендикулярные высоте, радиус диска - r, толщина - dx. Каждый из дисков виден из вершины под одним и тем же телесным углом $\Omega=2\pi(1-\cos{\alpha})$ (известный факт, выводится интегрированием площади участка сферы по углу).<br>
е) Аналогично п. д) будем разбивать на длинные прямоугольники(длина - $\Delta{L}$, ширина - $a$, толщина - $dx$). Каждый прямоугольник виден под телесным углом $\Omega=4\pi\frac{60 ^{\circ}}{360 ^{\circ}}=2\pi/3$срад (шестая часть пространства)<br>
<small>Все права принадлежат авторам. <br> Коммерческое использование материалов — с письменного разрешения авторов. <br> alex@savchenkosolutions.com <br></small>
6.1.19. Докажите, что составляющая напряженности электрического поля,
6.1.19. Докажите, что составляющая напряженности электрического поля,
перпендикулярная поверхности равномерно заряженного участка плоскости, равна E⊥ = $\frac{\sigma\Omega}{4\pi\varepsilon_0}$, где $\Omega$ — телесный угол, под которым виден этот участок
перпендикулярная поверхности равномерно заряженного участка плоскости, равна E⊥ = $\frac{\sigma\Omega}{4\pi\varepsilon_0}$, где $\Omega$ — телесный угол, под которым виден этот участок
из рассматриваемой точки пространства, $\sigma$ — поверхностная плотность заряда.
из рассматриваемой точки пространства, $\sigma$ — поверхностная плотность заряда.
а) в центре куба, пять граней которого равномерно заряжены с поверхностной
а) в центре куба, пять граней которого равномерно заряжены с поверхностной
плотностью заряда $\sigma$, а одна грань не заряжена;<br>
плотностью заряда $\sigma$, а одна грань не заряжена;<br>
б) в центре правильного тетраэдра, три грани которого заряжены с поверхностной плотностью $\sigma_1$, а четвертая — с поверхностной плотностью заряда $\sigma_2$;<br>
б) в центре правильного тетраэдра, три грани которого заряжены с поверхностной плотностью $\sigma_1$, а четвертая — с поверхностной плотностью заряда $\sigma_2$;<br>
в) равномерно заряженной плоскости, если поверхностная плотность заряда $σ$;
в) равномерно заряженной плоскости, если поверхностная плотность заряда $\sigma$;
г) на оси длинной трубы с сечением в виде правильного треугольника, если
г) на оси длинной трубы с сечением в виде правильного треугольника, если
поверхностная плотность заряда граней треугольника трубы равна соответственно $\sigma_1$, $\sigma_2$, $\sigma_3$;<br>
поверхностная плотность заряда граней треугольника трубы равна соответственно $\sigma_1$, $\sigma_2$, $\sigma_3$;<br>
д) в вершине конуса с углом при вершине $\alpha$ и высоты $h$, равномерно заряженного с объемной плотностью заряда $\rho$;<br>
д) в вершине конуса с углом при вершине $\alpha$ и высоты $h$, равномерно заряженного с объемной плотностью заряда $\rho$;<br>
е) на ребре длинного бруска, равномерно заряженного с объемной плотностью заряда $\rho$; поперечное сечение бруска — правильный треугольник со стороной $l$.
е) на ребре длинного бруска, равномерно заряженного с объемной плотностью заряда $\rho$; поперечное сечение бруска — правильный треугольник со стороной $l$.
<br><br>
<br><br>
</p>
</p>
<!-- <div class="StatementDiv">
<!-- <div class="StatementDiv">
<img class="Statement" src="statement.png">
<img class="Statement" src="statement.png">
</div> -->
</div> -->
</div>
</div>
<hr>
<hr>
<h3>
<h3>
Решение:
Решение:
</h3>
</h3>
<div class="solutions">
<div class="solutions">
<div class="solutions">
<div class="solutions">
<img class="ScreenS" src="6.1.19.png">
<img class="ScreenS" src="6.1.19.png">
</div><br><br>
</div><br><br>
<p class="TxtSolutions"> Плоскость участка dS' перпендикулярна отрезкам R и R. По определению телесного угла $dS'=d\Omega{R^2}$<br>
<p class="TxtSolutions"> Плоскость участка dS' перпендикулярна отрезкам R и R. По определению телесного угла $dS'=d\Omega{R^2}$<br>
a) Полный телесный угол - 4$\pi$срад. У куба 6 граней, каждая из граней ограничивает 1/6 часть пространства, т.е. они видны из центра под углом $4\pi/6=2\pi/3$срад. Напряжённости противоположных граней полностью компенсируют друг друга (симметрия). Есть 2 пары противоположных граней и одна свободная - она-то и будет создавать напряжённость. <br>
a) Полный телесный угол - 4$\pi$срад. У куба 6 граней, каждая из граней ограничивает 1/6 часть пространства, т.е. они видны из центра под углом $4\pi/6=2\pi/3$срад. Напряжённости противоположных граней полностью компенсируют друг друга (симметрия). Есть 2 пары противоположных граней и одна свободная - она-то и будет создавать напряжённость. <br>
б) Грани тетраэдра ограничивают четверть пространства, их телесный угол - $\pi$срад. Три одинаково заряженные грани и последняя грань создадут векторы напряжённости, направленные вдоль высоты тетраэдра, и противоположные друг другу по направлению (прилежащие к высоте грани тетраэдра наклонены к ней под углом, синус которого равен 1/3):<br>
б) Грани тетраэдра ограничивают четверть пространства, их телесный угол - $\pi$срад. Три одинаково заряженные грани и последняя грань создадут векторы напряжённости, направленные вдоль высоты тетраэдра, и противоположные друг другу по направлению (прилежащие к высоте грани тетраэдра наклонены к ней под углом, синус которого равен 1/3):<br>
г) Грани трубки ограничивают треть пространства, их телесный угол - $4\pi/3$срад. Три грани создадут три вектора, направленных под углом $120 ^{\circ}$ друг к другу, с модулем, который задаётся формулой $E_i=\frac{\sigma_i}{3\varepsilon_0}$. Запишем проекции векторов на ось вектора $E_1$:<br>
г) Грани трубки ограничивают треть пространства, их телесный угол - $4\pi/3$срад. Три грани создадут три вектора, направленных под углом $120 ^{\circ}$ друг к другу, с модулем, который задаётся формулой $E_i=\frac{\sigma_i}{3\varepsilon_0}$. Запишем проекции векторов на ось вектора $E_1$:<br>
д) Будем разрезать конус на малые диски, перпендикулярные высоте, радиус диска - r, толщина - dx. Каждый из дисков виден из вершины под одним и тем же телесным углом $\Omega=2\pi(1-\cos{\alpha})$ (известный факт, выводится интегрированием площади участка сферы по углу).<br>
д) Будем разрезать конус на малые диски, перпендикулярные высоте, радиус диска - r, толщина - dx. Каждый из дисков виден из вершины под одним и тем же телесным углом $\Omega=2\pi(1-\cos{\alpha})$ (известный факт, выводится интегрированием площади участка сферы по углу).<br>
е) Аналогично п. д) будем разбивать на длинные прямоугольники(длина - $\Delta{L}$, ширина - $a$, толщина - $dx$). Каждый прямоугольник виден под телесным углом $\Omega=4\pi\frac{60 ^{\circ}}{360 ^{\circ}}=2\pi/3$срад (шестая часть пространства)<br>
е) Аналогично п. д) будем разбивать на длинные прямоугольники(длина - $\Delta{L}$, ширина - $a$, толщина - $dx$). Каждый прямоугольник виден под телесным углом $\Omega=4\pi\frac{60 ^{\circ}}{360 ^{\circ}}=2\pi/3$срад (шестая часть пространства)<br>
<small>Все права принадлежат авторам. <br> Коммерческое использование материалов — с письменного разрешения авторов. <br> alex@savchenkosolutions.com <br></small>
<small>Все права принадлежат авторам. <br> Коммерческое использование материалов — с письменного разрешения авторов. <br> alex@savchenkosolutions.com <br></small>
