2025-02-07 21:25:54
1) Два заряда, 90 и 10 нКл, находятся на расстоянии 4 см друг от друга. Где следует разместить третий заряд, чтобы силы, действующие на него со стороны этих зарядов, были равны по величине и противоположны по направлению?
2) Как правило Ленца связано с законом сохранения энергии?
Физика 11 класс Электрические заряды и силы. Закон сохранения энергии заряды расстояние третий заряд силы закон Ленца сохранение энергии физика 11 класс
2025-02-07 21:26:09
1) Определение положения третьего заряда:
Для того чтобы силы, действующие на третий заряд, были равны по величине и противоположны по направлению, необходимо, чтобы этот заряд находился на определенном расстоянии от двух данных зарядов. Обозначим заряды:
- Q1 = 90 нКл
- Q2 = 10 нКл
Расстояние между ними d = 4 см = 0.04 м.
Обозначим третий заряд как Q3 и его расстояние от Q1 как r1, а от Q2 как r2. Мы знаем, что сила взаимодействия между двумя зарядами описывается законом Кулона:
F = k * |Q1 * Q2| / r^2
где k - электростатическая постоянная (примерно 8.99 * 10^9 Н·м²/Кл²).
Для равенства сил:
F1 = F2Это значит:
k * |Q1 * Q3| / r1^2 = k * |Q2 * Q3| / r2^2Сократим k и Q3 (при условии, что Q3 не равно нулю):
|Q1| / r1^2 = |Q2| / r2^2Теперь подставим значения зарядов:
90 / r1^2 = 10 / r2^2Из этого уравнения можно выразить r2 через r1:
r2 = r1 * sqrt(10/90) = r1 * sqrt(1/9) = r1 / 3Так как Q1 и Q2 находятся на расстоянии 4 см друг от друга, то:
r1 + r2 = 0.04 мПодставим выражение для r2:
r1 + r1/3 = 0.04Приведем к общему знаменателю:
4r1/3 = 0.04Теперь выразим r1:
r1 = 0.04 * 3 / 4 = 0.03 м = 3 смТеперь найдем r2:
r2 = r1 / 3 = 0.03 / 3 = 0.01 м = 1 смТаким образом, третий заряд следует разместить:
- На расстоянии 3 см от заряда 90 нКл (Q1);
- На расстоянии 1 см от заряда 10 нКл (Q2).
2) Правило Ленца и закон сохранения энергии:
Правило Ленца гласит, что направление индукционного тока всегда таково, что он противодействует изменению магнитного потока, который его вызвал. Это правило можно рассматривать как следствие закона сохранения энергии.
Когда происходит изменение магнитного потока через контур, в соответствии с законом Фарадея, в контуре возникает ЭДС (электродвижущая сила), которая вызывает ток. Если бы индукционный ток не противодействовал изменению потока, это могло бы привести к бесконечному увеличению энергии, что нарушало бы закон сохранения энергии.
Таким образом, правило Ленца гарантирует, что энергия не может быть создана из ничего. Индукционный ток всегда будет стремиться уменьшить изменение потока, тем самым сохраняя общую энергию в системе. Это и показывает, как правило Ленца связано с законом сохранения энергии.
