В жидком диэлектрике с плотностью 900 кг/м3 находится в состоянии плавания положительно заряженный шарик массой 0,18 г и плотностью вещества 1800 кг/м3. Заряд шарика составляет q=20 нКл. Какова напряженность электрического поля в диэлектрике, если считать его однородным?

Физика 11 класс Электрические поля и диэлектрики жидкий диэлектрик Плотность плавание положительно заряженный шарик масса заряд напряженность электрического поля однородное электрическое поле физика Новый

Для решения задачи нам нужно рассмотреть несколько аспектов, связанных с плаванием шарика в жидком диэлектрике и воздействием на него электрического поля.

Шарик находится в состоянии плавания, что означает, что на него действуют две силы: сила тяжести и сила Архимеда. Также на шарик действует сила, связанная с электрическим полем, так как он заряжен. Эти силы должны уравновешивать друг друга.

Давайте начнем с определения сил, действующих на шарик:

1. Сила тяжести (Fтяж): Она вычисляется по формуле:
• Fтяж = m * g,
• где m - масса шарика, g - ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с²).
2. Сила Архимеда (Fарх): Она равна весу вытесненной жидкости и вычисляется по формуле:
• Fарх = ρж * V * g,
• где ρж - плотность жидкости, V - объем шарика.
• Объем шарика можно найти по формуле V = m / ρш, где ρш - плотность шарика.
3. Сила, действующая на шарик от электрического поля (Fэл): Она вычисляется по формуле:
• Fэл = q * E,
• где q - заряд шарика, E - напряженность электрического поля.

Теперь запишем уравнение равновесия для шарика:

Fтяж + Fэл = Fарх

Подставим выражения для сил:

m * g + q * E = ρж * V * g

Теперь подставим V:

V = m / ρш

Таким образом, у нас получится:

m * g + q * E = ρж * (m / ρш) * g

Теперь выразим напряженность электрического поля E:

q * E = ρж * (m / ρш) * g - m * g

E = (ρж * (m / ρш) * g - m * g) / q

Теперь подставим известные значения:

• m = 0.18 г = 0.00018 кг,
• ρш = 1800 кг/м³,
• ρж = 900 кг/м³,
• q = 20 нКл = 20 * 10^-9 Кл,
• g = 9.81 м/с².

Теперь подставим эти значения в формулу для E:

E = (900 * (0.00018 / 1800) * 9.81 - 0.00018 * 9.81) / (20 * 10^-9)

Теперь вычислим каждую часть:

• 900 * (0.00018 / 1800) * 9.81 = 0.0882 Н,
• 0.00018 * 9.81 = 0.001766 Н.

Таким образом, E = (0.0882 - 0.001766) / (20 * 10^-9).

E = 0.086434 / (20 * 10^-9) = 4.3217 * 10^6 В/м.

Ответ: Напряженность электрического поля в диэлектрике составляет примерно 4.32 * 10^6 В/м.