Задачи › Проводящие сферы, заземление

Две концентрические сферы и заземление

  1. Две концентрические сферы и заземление

    Росатом 2025/26, 11 кл.
    5/10

    Две концентрические сферы радиусов \(R\) и \(2R\) заряжены зарядами \(Q\) и \(-Q\) соответственно. Внутреннюю сферу заземляют с помощью очень тонкого и длинного проводника, не контактирующего с внешней сферой (см. рисунок). Протечёт ли в процессе установления равновесия по проводнику в направлении внутренней сферы какой-то заряд, и если да, то какой? Концентрическими называются сферы, у которых совпадают центры. Электроёмкостью проводника пренебречь.

    Рисунок
    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    После заземления потенциал внутренней сферы равен нулю, но её заряд при этом меняется. Потенциал внутренней сферы складывается из вкладов обеих сфер.

    Ответ

    Да, по проводнику в направлении внутренней сферы протечёт заряд \(\Delta q = -\dfrac{Q}{2}\), то есть заряд \(\dfrac{Q}{2}\) уйдёт с внутренней сферы на Землю.

    Решение

    Пусть после установления равновесия заряд внутренней сферы равен \(q\). Её потенциал равен нулю и по принципу суперпозиции складывается из потенциалов внешней и внутренней сфер: \[\varphi_{внут} = \frac{k(-Q)}{2R} + \frac{kq}{R} = 0,\] где \(k\) — постоянная закона Кулона. Отсюда \(q = \dfrac{Q}{2}\). Заряд, протекший по заземляющему проводнику в направлении внутренней сферы, равен разности её конечного и начального зарядов: \[\Delta q = \frac{Q}{2} - Q = -\frac{Q}{2}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи