Das elektrische Feld einer leitfähigen Kugel, die eine Ladung enthält - geerdet vs. nicht geerdet

Nehmen wir an, wir haben eine Kugel, aber im Gegensatz zu theoretischen hat sie eine gewisse Dicke Δ R und Innenradius R . Ich habe mich gefragt, wie es sich verhalten wird, wenn wir eine Anklage erheben Q Im Zentrum? Wie würde das Feld aussehen und wie hoch wäre die Ladungsdichte auf beiden Seiten? Wann es geerdet ist und wann nicht.

Mein Versuch:

Wenn es nicht geerdet ist, denke ich, dass es draußen ist, wenn wir eine sphärische Oberfläche mit Gauß erzeugen R > R + Δ R dann gibt es nur noch die Gebühr Q zu berücksichtigen, damit es sich wie ein genau gleich verhält Q auf seine eigene Bedeutung E = k Q R 2 R ^ , und dasselbe gilt für R < R . innerhalb der Schale ist es Null, da es sich um eine leitfähige Oberfläche handelt ϕ = C Ö N S T . Auf der Innenfläche und der Außenfläche muss die Summe aller Ladungen sein Q , Q entsprechend wie sie sich gegenseitig aufheben müssen, so wird die Dichte sein σ = Q 4 π R 2 , Q 4 π ( R + Δ R ) 2 .

Wenn es um die geerdete Version geht, bin ich etwas verwirrt, da ich nicht wirklich verstehe, was der Unterschied ist, abgesehen von der Tatsache, dass die Initiale ϕ = 0 aber elektrische Ladung wird immer noch von der Kugel abgezogen Es scheint also keinen Unterschied zu geben, aber ich bin ein Anfänger, also bin ich mir nicht sicher, ob mein Abzug gültig ist oder nicht, und es scheint mir irgendwie faul zu sein, aber ich kann nicht wirklich darauf hinweisen, was im Wesentlichen falsch ist.

Sie sagen: „Es wird immer noch elektrische Ladung von der Kugel abgezogen ". - Aber dieses Feature ist neu im geerdeten Fall! Sie haben selbst gesagt, dass im ungeerdeten Fall die Nettoladung Null sein muss.

Antworten (2)

Ich denke, Sie haben den richtigen Ansatz für die nicht geerdeten. Für den geerdeten Fall können wir den Eindeutigkeitssatz verwenden, der besagt, dass es bei einer gegebenen Ladungsverteilung und der Spannung an den Rändern nur eine Lösung für die Spannung gibt. Die geerdete Kugel hat a v = 0 Oberfläche bei R + δ R und im Unendlichen, und außerhalb kostenlos. Ich kann das lösen, indem ich postuliere v = 0 überall außerhalb der Kugel kein elektrisches Feld. Daher ist dies aufgrund der Einzigartigkeit die einzige Lösung, und es gibt kein elektrisches Feld außerhalb der Kugel. Da es auch kein elektrisches Feld im Leiter gibt, können wir sehen, dass es eine induzierte Ladung auf der inneren Oberfläche geben muss, aber das war es auch schon.

Richtig, es wird Ladung (mit entgegengesetztem Vorzeichen und der gleichen Größe wie die zentrale Ladung übrigens) nur auf der inneren Oberfläche geben.

Zunächst einmal, wie kann eine Kugel eine Dicke haben? D R . Sie müssen einen Kugelradius haben R selbst (keine Frage von D R es sei denn, es ist eine Muschel)?

Die Ladung Q darf nur dann austreten und sich über die äußere Oberfläche der Kugel verteilen, wenn sie leitet. Die Sache, die Sie für nicht Bodenzustand getan haben, wird außer der Annahme von korrigiert + Q Und Q ist falsch: Es wird gerecht sein σ = Q 4 π ϵ R 2 . Denken Sie daran, Feld innerhalb eines Leiters ist 0 nur. Wenn geerdet, fließt die gesamte Ladung zur Erde, wie die Erde ist 0 Potenzial und die Kugel wird fast vollständig entladen, σ = 0 .

Eigentlich die Anklage Q tritt nicht aus und verteilt sich auf der Oberfläche der Kugel. Vielmehr sammeln sich die Elektronen auf der leitenden Kugel auf der Innenfläche der Kugel an, so dass eine Nettoladung von vorhanden ist Q auf der Innenfläche. Und wegen des Elektronenüberschusses auf der inneren Oberfläche hat die äußere Oberfläche ein Elektronendefizit, was zu a führt + Q Aufladung. Wenn Sie die Kugel erden, werden Elektronen von der Erde nach oben strömen, um dieses Defizit auszugleichen, und die Kugel wird eine Nettoladung von haben Q darauf, wobei die äußere Oberfläche ladungsfrei ist.
Das habe ich auch gesagt. Ladung auf der äußeren Oberfläche ist 0 und Ladung auf der inneren Oberfläche ist Q . Daher ist die Nettoladung auf der Kugel die Summe der inneren und äußeren Ladungen, was gilt Q .