Правка разделов «Условие», «Решение», «Ответ»

emixter правка от
правка #14128 предыдущая #14127 ← раньше
@@ -1,11 +1,34 @@
### Условие
−$6.5.20.$ [Вставьте условие задачи]
+$6.5.20.$ Какую минимальную работу против сил электрического поля нужно совершить, чтобы собрать каплю ртути радиуса $R$ с зарядом $Q$ из $N$ одинаковых заряженных капель?
### Решение
−выа
+Работа будет равна разности конечной и начальной электростатических энергий. Поскольку силы электрического отталкивания мешают сжатию системы, работа пойдёт на преодоление этого сопротивления. Поскольку ртуть это проводник, то заряд в капле будет распределён по поверхности. Внутри капли электрическое поле будет равно 0, поэтому мы вправе использовать формулу для энергии электрического поля сферы радиуса $r$ и с зарядом $q$ для одной капли (см. задачу $6.5.15$):
+$$w=\frac{q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}r}$$
+
+Общая энергия $N$ маленьких капель:
+
+$$W_{1}=Nw=\frac{Nq^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}r} \tag{1}$$
+
+Энергия одной большой капли радиуса $R$, с зарядом $Q$:
+
+$$W_{2}=\frac{Q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}R}$$
+
+Заряд большой капли равен сумме зарядов маленьких капель: $Q=Nq \Rightarrow q=\frac{Q}{N}$. Кроме того, объём большой капли будет равен сумме объёмов маленьких капель:
+
+$$\frac{4}{3}\pi R^{3}=N\frac{4}{3}\pi r^{3}$$
+$$r=RN^{-\frac{1}{3}}$$
+
+Подставим $q$ и $r$ в (1):
+
+$$W_{1}=\frac{N\left( \frac{Q}{N} \right)^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}RN^{-\frac{1}{3}}}=\frac{Q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}RN^{\frac{2}{3}}}=\frac{Q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}R}N^{-\frac{2}{3}}$$
+
+Работа будет равна:
+
+$$A=W_{2}-W_{1}=\frac{Q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}R}-\frac{Q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}R}N^{-\frac{2}{3}}=\frac{Q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}R}\left( 1-N^{-\frac{2}{3}} \right)$$
+
#### Ответ
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$A=\frac{Q^{2}}{8\pi\varepsilon_{0}R}\left( 1-N^{-\frac{2}{3}} \right)$