Как можно вычислить напряженность электрического поля в точке А, которая находится на расстоянии 6 см от заряда q1=10 нКл и на расстоянии 8 см от заряда q2=-20 нКл, если расстояние между этими зарядами составляет 10 см? Кроме того, как изменится потенциальная энергия взаимодействия зарядов при перемещении второго заряда в эту точку, и какую работу нужно будет совершить для этого?

Физика Колледж Электрическое поле и потенциальная энергия заряда напряженность электрического поля заряд q1 заряд q2 расстояние между зарядами потенциальная энергия взаимодействия работа при перемещении заряда точка А физика 12 класс Новый

Для начала, давайте разберемся с тем, как вычислить напряженность электрического поля в точке А, находящейся на расстоянии от двух зарядов.

Шаг 1: Определение напряженности электрического поля от каждого заряда

Напряженность электрического поля (E) от точечного заряда (q) на расстоянии (r) можно вычислить по формуле:

E = k * |q| / r²,

где k - электрическая постоянная (приблизительно 8.99 * 10^9 Н·м²/Кл²).

Шаг 2: Вычислим напряженность электрического поля от заряда q1

• Заряд q1 = 10 нКл = 10 * 10^-9 Кл
• Расстояние до точки А от q1 = 6 см = 0.06 м
• Напряженность электрического поля от q1:

E1 = k * |q1| / r1² = (8.99 * 10^9) * (10 * 10^-9) / (0.06)²

E1 = (8.99 * 10^9) * (10 * 10^-9) / 0.0036 = 24972.22 Н/Кл

Шаг 3: Вычислим напряженность электрического поля от заряда q2

• Заряд q2 = -20 нКл = -20 * 10^-9 Кл
• Расстояние до точки А от q2 = 8 см = 0.08 м
• Напряженность электрического поля от q2:

E2 = k * |q2| / r2² = (8.99 * 10^9) * (20 * 10^-9) / (0.08)²

E2 = (8.99 * 10^9) * (20 * 10^-9) / 0.0064 = 28125 Н/Кл

Шаг 4: Определение результирующей напряженности электрического поля в точке А

Теперь нам нужно учесть направление полей. Напряженность поля от положительного заряда q1 направлена от него, а от отрицательного заряда q2 - к нему. Поскольку точка А находится ближе к q1, результирующая напряженность будет:

E = E1 - E2 = 24972.22 - 28125 = -3142.78 Н/Кл.

Это означает, что результирующее электрическое поле направлено к заряд q2.

Шаг 5: Изменение потенциальной энергии взаимодействия зарядов

Потенциальная энергия (U) взаимодействия двух зарядов можно вычислить по формуле:

U = k * q1 * q2 / r,

где r - расстояние между зарядами.

Расстояние между q1 и q2 равно 10 см = 0.1 м.

U = (8.99 10^9) (10 10^-9) (-20 * 10^-9) / 0.1

U = -1798.00 Дж.

Шаг 6: Работа, необходимая для перемещения заряда q2 в точку А

Работа (A), необходимая для перемещения заряда q2 из бесконечности в точку А, равна изменению потенциальной энергии:

A = U(A) - U(бесконечность) = U(A) - 0 = U(A).

Таким образом, работа будет равна -1798.00 Дж.

Итог:

• Напряженность электрического поля в точке А составляет -3142.78 Н/Кл.
• Потенциальная энергия взаимодействия зарядов равна -1798.00 Дж.
• Работа, необходимая для перемещения заряда q2 в точку А, также равна -1798.00 Дж.