Две концентрические сферы и заземление
5/10Две 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.

▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаПосле заземления потенциал внутренней сферы равен нулю, но её заряд при этом меняется. Потенциал внутренней сферы складывается из вкладов обеих сфер.
ОтветДа, 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.
РешениеПусть 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: \[\Delta q = \frac{Q}{2} - Q = -\frac{Q}{2}.\]
Похожие задачи
- Заряженный шар внутри полой проводящей сферы Физтех 2012/13, 11 кл.
- Заряд заземлённого шара Курчатов 2015/16, 10 кл.
- Заряд между проводящими сферами Росатом 2020/21, 11 кл.
- Соки земли СПбГУ 2011/12, 11 кл.
- Заряд внутри проводящей сферы МОШ 2015/16, 11 кл.
- Принесенные ветром СПбГУ 2015/16, 11 кл.