ΣΧΟΛΗ ΕΜΦΕ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ Ι) η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ, Αγωγοί Διηλεκτρικά. Ν. Τράκας, Ι. Ράπτης Ζωγράφου 27.3.

Σχετικά έγγραφα
ΣΧΟΛΗ ΕΜΦΕ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ Ι) η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Ν. Τράκας, Ι. Ράπτης 2/4/2018

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

Ασκήσεις 2 ου Κεφαλαίου, Νόμος του Gauss

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Ηλεκτρική Μετατόπιση- Γραμμικά Διηλεκτρικά

4η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Ασκήσεις 4 ου Κεφαλαίου

(α) 1. (β) Το σύστημα βρίσκεται υπό διαφορά δυναμικού 12 V: U ολ = 1 2 C ολ(δv) 2 = J.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Φυσική για Μηχανικούς

ΦΥΕ14 - ΕΡΓΑΣΙΑ 6 Προθεσμία αποστολής: 4/7/2006

Πυκνότητα φορτίου. dq dv. Μικρή Περιοχή. φορτίου. Χωρική ρ Q V. Επιφανειακή σ. dq da Γραµµική λ Q A. σ = dq dl. Q l. Γ.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΤΟΜΟΣ Ι ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1

Ορίζοντας την δυναμική ενέργεια σαν: Για μετακίνηση του φορτίου ανάμεσα στις πλάκες: Ηλεκτρικό Δυναμικό 1

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS ΚΕΦ.. 23

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ. Ενότητα: Ηλεκτροστατική ΜΑΪΝΤΑΣ ΞΑΝΘΟΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

4η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Ασκήσεις 4 ου Κεφαλαίου

2. Δυναμικό και χωρητικότητα αγωγού.

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ

E = E 0 + E = E 0 P ϵ 0. = 1 + χ r. = Q E 0 l

Εξίσωση Laplace Θεωρήματα Μοναδικότητας

Κεφάλαιο 22 Νόµος του Gauss. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο Η4. Χωρητικότητα και διηλεκτρικά

Δομή Διάλεξης. Ορισμός Ηλεκτρικού Δυναμικού και συσχέτιση με το Ηλεκτρικό Πεδίο

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ και ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ

Εφαρμογές Νόμος Gauss, Ηλεκτρικά πεδία. Ιωάννης Γκιάλας 7 Μαρτίου 2014

Hλεκτρικό. Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ-ΙΟΥΝΙΟΣ 2011

ΑΝΩΤΑΤΟ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΥ ΕΡΩΤΗΜΑΤΟΛΟΓΙΟ

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ και ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ (ΚΕΦ 24)

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΚΑΙ ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήμιο Κύπρου

Α) Η επιφάνεια Gauss έχει ακτίνα r μεγαλύτερη ή ίση της ακτίνας του κελύφους, r α.

ΦΥΕ 14 6η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι ϐαθµολογικά ισοδύναµες)

1η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Λύσεις Ασκήσεων 1 ου Κεφαλαίου

ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Γ ΤΑΞΗΣ ΕΣΠΕΡΙΝΟΥ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΕΜΠΤΗ 12 ΣΕΠΤΕΜΒΡΙΟΥ 2002 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

Φυσική για Μηχανικούς

Το ηλεκτρικό ρεύμα. και. πηγές του. Μια διαδρομή σε μονοπάτια. Φυσικής Χημείας. Επιμέλεια: Διονύσης Μάργαρης

ΑΣΚΗΣΗ-1: ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΠΕΔΙΑ

Φυσική για Μηχανικούς

ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΜΑΖΑΣ ΘΕΣΗΣ ΚΕΝΤΡΟΥ ΜΑΖΑΣ ΡΟΠΗΣ ΑΔΡΑΝΕΙΑΣ ΣΩΜΑΤΩΝ

Κεφάλαιο Η2. Ο νόµος του Gauss

Τίτλος Μαθήματος: Γενική Φυσική (Ηλεκτρομαγνητισμός) Διδάσκων: Επίκουρος Καθηγητής Δημήτριος Βλάχος

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

Κεφάλαιο 21 Ηλεκτρικά Φορτία και Ηλεκτρικά Πεδία. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

Κεφάλαιο 24 Χωρητικότητα, Διηλεκτρικά, Αποθήκευση Ηλεκτρικής Ενέργειας. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΥΝΑΜΙΚΟ (ΚΕΦΑΛΑΙΟ 23)

Κίνηση σε Ηλεκτρικό Πεδίο.

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΣΤO HΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΚΑΙ ΣΤΟΥΣ ΠΥΚΝΩΤΕΣ Επώνυμο: Όνομα: Τμήμα: Αγρίνιο

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

Πρόβλημα 4.9.

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΕΜΠΤΗ 23 ΜΑΪΟΥ 2002 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Δυναμική Ενέργεια σε Ηλεκτρικό πεδίο, Διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Ιωάννης Γκιάλας 14 Μαρτίου 2014

Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ 1999

ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ι ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟ

ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Νόμος Gauss, κίνηση σε ηλεκτρικό πεδίο. Ι. Γκιάλας Χίος, 28 Φεβρουαρίου 2014

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΤΡΙΤΗ 3 ΙΟΥΝΙΟΥ 2003 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Μαγνητικό πεδίο. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

3 + O. 1 + r r 0. 0r 3 cos 2 θ 1. r r0 M 0 R 4

ΘΕΜΑ 1. Ονοματεπώνυμο. Τμήμα

Φυσική για Μηχανικούς

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΕΜΠΤΗ 23 ΜΑΪΟΥ 2002 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙ ΕΙΑΣ: ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΟΛΟ ΣΕΛΙ ΩΝ: ΕΞΙ (6)

Φυσική για Μηχανικούς

Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Δυνάμεις μεταξύ ηλεκτρικών φορτίων ΘΕΜΑ Δ

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ. Στατικός Ηλεκτρισµός

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ TMHMA ΧΗΜΕΙΑΣ ΙΟΥΝΙΟΣ 2014

Γενική Μεταπτυχιακή Εξέταση - ΕΜΠ & ΕΚΕΦΕ-" ηµόκριτος"

div E = ρ /ε 0 ρ p = - div P, σ p = P. n div E = ρ /ε 0 = (1 /ε 0 ) (ρ l + ρ p ) div (ε 0 E + P) = ρ l /ε 0

The 38 th International Physics Olympiad Iran Theory Competition Sunday, 15 July 2007

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1. ΙΑΝΥΣΜΑΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ Μετατροπή από καρτεσιανό σε κυλινδρικό σύστηµα Απειροστές ποσότητες... 7

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 ο ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ

ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Β ΤΑΞΗΣ ΕΝΙΑΙΟΥ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΑΒΒΑΤΟ 2 ΙΟΥΝΙΟΥ 2001 ΕΞΕΤΑΖΟΜΕΝΟ ΜΑΘΗΜΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ : ΦΥΣΙΚΗ

ΠΡΟΤΥΠΟ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΕΥΑΓΓΕΛΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗΣ ΣΜΥΡΝΗΣ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΠΕΔΙΑ Ι 10. Η μέθοδος των ειδώλων

Φυσική για Μηχανικούς

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ 1. Δύο ακίνητα σημειακά ηλεκτρικά φορτία q 1 = - 2 μc και q 2 = + 3 μc, βρίσκονται αντίστοιχα

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΚΑΙ ΗΛΕΚΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΜΕΤΑΞΥ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΦΟΡΤΙΩΝ

ΕΡΓΑΣΙΑ ΧΡΙΣΤΟΥΓΕΝΝΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ 25/12/2016. Νόμος του Coulomb q1 q2 F K. C 8,85 10 N m Ένταση πεδίου Coulomb σε σημείο του Α

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Ηλεκτρομαγνητισμός

Το βαρυτικό πεδίο της Γης.

Transcript:

ΣΧΟΛΗ ΕΜΦΕ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ Ι) 8-9 η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ Αγωγοί Διηλεκτρικά Ν. Τράκας Ι. Ράπτης Ζωγράφου 7.3.9 Να επιστραφούν λυμένες μέχρι.4.9 οι ασκήσεις 3 4 5 [ΠΡΟΣΟΧΗ: Οι λύσεις να είναι χειρόγραφες και είτε να παραδοθούν στο μάθημα είτε να αναρτηθούν ως PDF στις «Εργασίες» του mycouses]. Τέσσερις όμοιες μεγάλες παράλληλες μεταλλικές επιφάνειες απέχουν ανά δύο απόσταση (όπως στο σχήμα). Συνδέουμε τις δύο εξωτερικές ( και 4) με λεπτό μεταλλικό σύρμα αμελητέας χωρητικότητας και τις δύο εσωτερικές με δυναμικά = (την 3 ) και = (την ). Υπολογίστε (α) το ηλεκτρικό πεδίο στους χώρους μεταξύ των πλακών (β) τη συνολική επιφανειακή πυκνότητα φορτίου κάθε μιας πλάκας. 3 4 = =. Ένα αγώγιμο σφαιρικό συμπαγές κέλυφος πεπερασμένου πάχους (με εσωτερική ακτίνα R και εξωτερική R ) φέρει συνολικό φορτίο Q και στο κέντρο του τοποθετούμε ένα σημειακό φορτίο q. Όταν αποκατασταθεί ηλεκτροστατική ισορροπία: (α) Να προσδιορίσετε τα ηλεκτρικά φορτία σε όλες τις επιφάνειες (εσωτερική και εξωτερική του σφαιρικού κελύφους) και να υπολογίσετε τις προκύπτουσες επιφανειακές ( ) ή χωρικές ( ) πυκνότητες φορτίου. (β) Να υπολογίσετε το ηλεκτρικό πεδίο στις περιοχές R R R και R. (γ) Να υπολογίσετε το δυναμικό παντού. 3. Δύο αγώγιμοι κυλινδρικοί φλοιοί έχουν κοινό άξονα και μήκος L πολύ μεγαλύτερο από τις ακτίνες τους R =R και R =R έτσι ώστε να μπορούμε να αγνοήσουμε τα φαινόμενα των άκρων και = να θεωρήσουμε ότι σε όλο το μήκος του συστήματος L R όλα τα μεγέθη εξαρτώνται από την κάθετη απόσταση από τον άξονα συμμετρίας του συστήματος. Ο εσωτερικός φλοιός είναι συνδεδεμένος με δυναμικό.. Ο εξωτερικός φλοιός έχει συνδεθεί με τη Γη Στο χώρο μεταξύ των φλοιών βρίσκεται κατανεμημένο θετικό φορτίο με πυκνότητα τέτοια ώστε το ηλεκτρικό πεδίο να έχει μόνο ακτινική συνιστώσα κάθετα στον άξονα συμμετρίας και σταθερού μέτρου μεταξύ των φλοιών E ˆ E R R. (α) Να υπολογιστεί η πυκνότητα φορτίου χώρου και η συνάρτηση δυναμικού στην περιοχή μεταξύ των δύο αγώγιμων φλοιών καθώς και η σχέση μεταξύ των E (β) Να υπολογιστεί η επιφανειακή πυκνότητα φορτίου σε κάθε φλοιό και το συνολικό φορτίο του συστήματος (στους δύο φλοιούς και στον ενδιάμεσο χώρο). (γ) Να υπολογιστεί η ηλεκτροστατική ενέργεια του συστήματος (χρησιμοποιείστε δύο διαφορετικούς τρόπους υπολογισμού και συγκρίνετε το αποτέλεσμα). (δ) Σχεδιάστε ποιοτικό σκαρίφημα των δυναμικών γραμμών του ηλεκτροστατικού πεδίου. (ε) Θεωρήστε γνωστή την πυκνότητα φορτίου χώρου μεταξύ των φλοιών (όπως προέκυψε από το ερώτημα-α) και υπολογίστε κατευθείαν τη συνάρτηση δυναμικού μέσω της εξίσωσης Poisson και των συνοριακών συνθηκών δυναμικού (αγνοώντας τη δοσμένη τιμή της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου)

E Ez z ] 4. Σημειακό δίπολο με διπολική ροπή p p ˆ y είναι τοποθετημένο στο σημείο () ενός [Σε κυλινδρικές συντεταγμένες: E E τρισορθογώνιου συστήματος x-y-z. Δεύτερο σημειακό δίπολο p με το ίδιο μέτρο διπολικής ροπής p p τοποθετείται στο σημείο a. Να υπολογιστεί η ενέργεια του συστήματος καθώς και η ροπή στο p για τις διαφορετικές περιπτώσεις προσανατολισμού του p : (α) p p ˆ y (β) p p ˆ y (γ) p p ˆ x (δ) p p ˆ x (ε) p p ˆ z 5. (α) Σφαιρικός πυκνωτής αποτελείται από δύο ομόκεντρους μεταλλικούς σφαιρικούς φλοιούς ακτίνων R και R αντίστοιχα ( R R). Ο εσωτερικός φλοιός έχει θετικό φορτίο Q και ο εξωτερικός φορτίο Q. Στο χώρο μεταξύ των δύο φλοιών τοποθετείται γραμμικό διηλεκτρικό υλικό με σχετική διηλεκτρική σταθερά ενώ τα φορτία των δύο φλοιών παραμένουν τα ίδια. Να υπολογιστούν (α) το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των φλοιών (β) η πόλωση του διηλεκτρικού (γ) τα δέσμια φορτία (χώρου και επιφάνειας) στο διηλεκτρικό και το συνολικό δέσμιο φορτίο (δ) η διαφορά δυναμικού μεταξύ των φλοιών και (ε) η χωρητικότητα του συστήματος 6. Δύο αγώγιμα επίπεδα εμβαδού S το καθένα είναι παράλληλα μεταξύ τους (και προς το επίπεδο x-y) και απέχουν απόσταση πολύ = μικρότερη από τις άλλες δύο διαστάσεις τους ώστε τα φαινόμενα των άκρων να μπορούν να θεωρηθούν αμελητέα (ισοδύναμα: να μπορούν να θεωρηθούν ως επίπεδα άπειρης έκτασης). Το ένα επίπεδo που βρίσκεται στο z έχει συνδεθεί με σταθερό δυναμικό. Το δεύτερο επίπεδο που βρίσκεται στο z D έχει συνδεθεί με τη Γη z. Στο χώρο μεταξύ των 6 z / D. (α) Να επιπέδων βρίσκεται κατανεμημένο θετικό φορτίο με πυκνότητα 3 υπολογιστεί η συνάρτηση δυναμικού και η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή μεταξύ των δύο αγώγιμων επιπέδων. (β) Να υπολογιστεί η επιφανειακή πυκνότητα φορτίου σε κάθε επίπεδο και το συνολικό φορτίο του συστήματος (στα δύο αγώγιμα επίπεδα και ανάμεσά τους). (γ) Να υπολογιστεί η ηλεκτροστατική ενέργεια του συστήματος (χρησιμοποιείστε δύο διαφορετικούς τρόπους υπολογισμού και συγκρίνετε το αποτέλεσμα). (δ) Σχεδιάστε ποιοτικό σκαρίφημα των δυναμικών γραμμών του ηλεκτροστατικού πεδίου. 7. Μια συμπαγής αγώγιμη σφαίρα ακτίνας a έχει θετικό φορτίο 3Q. Η σφαίρα περικλείεται από χωρική κατανομή φορτίου που έχει σταθερή πυκνότητα στο εσωτερικό ενός ομόκεντρου ως προς αυτήν σφαιρικού φλοιού εσωτερικής ακτίνας b και εξωτερικής c και συνολικό φορτίο Q. (α) Να υπολογίσετε την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ως συνάρτηση της απόστασης από το κέντρο της αγώγιμης σφαίρας. (β) Να κάνετε τη γραφική παράσταση του ηλεκτρικού πεδίου ως συνάρτηση της απόστασης από το κέντρο της αγώγιμης σφαίρας. 8. Ηλεκτρικό φορτίο είναι κατανεμημένο στον όγκο σφαίρας κέντρου Ο και ακτίνας R με σταθερή πυκνότητα ρ. Η κατανομή περιβάλλεται από συμπαγή μεταλλικό σφαιρικό φλοιό ακτίνων R και R > R το συνολικό φορτίο του οποίου είναι μηδέν. Θεωρήστε τα σημεία Α Β Γ όπου ΟΓR R OBR OAR. Να υπολογίσετε

(α) τις πυκνότητες ηλεκτρικού φορτίου στις επιφάνειες του μεταλλικού φλοιού. (β) το ηλεκτρικό πεδίο στα σημεία Α Β Γ. (γ) τα δυναμικά ως προς το άπειρο των σημείων Α Β Γ (δ) την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια U του συστήματος. 9. Σφαιρικός μεταλλικός φλοιός εσωτερικής ακτίνας R και εξωτερικής R R φέρει συνολικό φορτίο Q. Στο εσωτερικό του φλοιού και ομόκεντρα ως προς αυτόν στηρίζεται μηχανικά (χωρίς να βρίσκεται σε ηλεκτρική επαφή I R με τα τοιχώματα του φλοιού) συμπαγής αγώγιμη σφαίρα ακτίνας R < R η R οποία φέρει συνολικό φορτίο q. (α) Υπολογίστε την ηλεκτροστατική ενέργεια του συστήματος. (β) Συνδέουμε ηλεκτρικά τη σφαίρα με το φλοιό μέσω λεπτού αγώγιμου σύρματος με ασήμαντη χωρητικότητα ως προς το υπόλοιπο σύστημα. Υποθέστε ότι μετά την αποκατάσταση ηλεκτροστατικής ισορροπίας το φορτίο της εσωτερικής σφαίρας είναι q και υπολογίστε την ηλεκτροστατική ενέργεια του συστήματος στη νέα κατάσταση. (γ) Δείξετε με ενεργειακά επιχειρήματα ποια θα είναι η τελική κατανομή του συνολικού φορτίου στα δύο σώματα.. Δύο ομόκεντροι μεταλλικοί σφαιρικοί φλοιοί ακτίνων R και R R φέρουν φορτία Q και Q (Q ). (α) Υπολογίστε το δυναμικό παντού στο χώρο. (β) Δείξτε ότι αν οι δύο φλοιοί ενωθούν με ένα αγώγιμο σύρμα θα έχουμε μεταφορά φορτίων από τον εσωτερικό στον εξωτερικό.. Μια συμπαγής μεταλλική (αγώγιμη) σφαίρα ακτίνας R που φέρει φορτίο Q περιβάλλεται από ένα παχύ ομόκεντρο μεταλλικό (αγώγιμο) συμπαγές κέλυφος εσωτερικής ακτίνας R και εξωτερικής ακτίνας R ( R R R ) το οποίο διατηρείται σε σταθερό δυναμικό. (α) Βρείτε το ηλεκτρικό πεδίο στους χώρους Ι( < < R ) II(R < < R ) III(R < < R ) I( > R ). (β) Βρείτε το δυναμικό παντού. (γ) Βρείτε τις επιφανειακές πυκνότητες φορτίου στις σφαιρικές επιφάνειες ακτίνων R R και R. (δ) Βρείτε την ηλεκτροστατική ενέργεια του συστήματος.. (Ι) Αφόρτιστη μεταλλική σφαίρα ακτίνας R έχει παράκεντρη R σφαιρική κοιλότητα ακτίνας R (αγνοείστε τη γείωση του a σχήματος αφορά το ερώτημα ΙΙ). Στο εσωτερικό της κοιλότητας και ομόκεντρα ως προς αυτήν τοποθετείται μικρή μεταλλική σφαίρα ακτίνας a και συνολικού φορτίου Q. Να υπολογιστούν: (Ια) R η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου παντού (Ιβ) η ηλεκτροστατική ενέργεια του συστήματος. Μετακινούμε λίγο την μικρή σφαίρα (ακτίνας a) από το κέντρο της κοιλότητας και περιμένουμε να αποκατασταθεί μόνιμη κατάσταση. Να υπολογιστούν: (Ιγ) η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου παντού (Ιδ) η ηλεκτροστατική ενέργεια του συστήματος. (ΙΙ) Το ίδιο σύστημα έχει τη σφαίρα ακτίνας R γειωμένη (συνδεδεμένη με δυναμικό μηδέν βλ. σχήμα). Να απαντηθούν τα ερωτήματα (ΙΙα) (ΙΙβ) (ΙΙγ) (ΙΙδ) κατ αντιστοιχία των ερωτημάτων (Ια) (Ιβ) (Ιγ) (Ιδ).

3. Θεωρήστε δύο ομόκεντρους λεπτότοιχους αγώγιμους σφαιρικούς φλοιούς με ακτίνες a και b αντίστοιχα (b a). Αν ο εσωτερικός φλοιός φέρει φορτίο Q και ο εξωτερικός Q βρείτε το δυναμικό ως συνάρτηση της απόστασης από το κέντρο του συστήματος [( ) = ]. Βρείτε το Q συναρτήσει των Q a και b έτσι ώστε το δυναμικό του εσωτερικού φλοιού να είναι μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση σχεδιάστε πρόχειρα το (). 4. Δύο παράλληλες λεπτές και μεγάλες αγώγιμες πλάκες σχηματίζουν έναν πυκνωτή. Οι πλάκες απέχουν απόσταση D και η κάθε μια έχει εμβαδόν S. Η αριστερή πλάκα έχει συνολικό φορτίο Q ενώ η δεξιά συνολικό φορτίο Q' (Q>Q'>). Οι πλάκες θεωρούνται πολύ μεγάλες οπότε τα ηλεκτρικά πεδία θεωρούνται παντού ότι είναι ομογενή. α) Αν στην εσωτερική πλευρά της αριστερής πλάκας εμφανίζεται φορτίο q βρείτε το φορτίο στις άλλες τρεις πλευρές καθώς και το ηλεκτρικό πεδίο στις τρεις περιοχές του χώρου (Ι ΙΙ και ΙΙΙ) συναρτήσει των Q Q' και q. β) Για να βρούμε το q καταφεύγουμε στην ελαχιστοποίηση της ενέργειας του συστήματος. Αν θεωρήσουμε αριστερά και δεξιά χώρο με όγκο βρείτε τη συνολική ενέργεια του ηλεκτρικού πεδίου συναρτήσει των Q Q' q D και S. γ) Ποιο είναι το q που ελαχιστοποιεί την ενέργεια αυτή? δ) Αν θεωρήσουμε ότι ο όγκος S D (ανάμεσα στους οπλισμούς του πυκνωτή) είναι πολύ μικρότερος από τον όγκο ποιο είναι το q? ε) Πώς γράφεται τώρα το ηλεκτρικό πεδίο στους τρεις χώρους ως συνάρτηση των Q και Q'? 5. Στοιχειώδες ηλεκτρικό δίπολο με διπολική ροπή p ( xˆy ˆ) p βρίσκεται στη θέση zˆ z πάνω από αγώγιμο επίπεδο (x y) το οποίο είναι γειωμένο [ ( x y z) για z και για κάθε x y). Να υπολογίσετε τη δύναμη η οποία ασκείται πάνω στο δίπολο. 6. Σφαιρικός πυκνωτής αποτελείται από δύο ομόκεντρους λεπτότοιχους μεταλλικούς φλοιούς με ακτίνες R και R 3R αντίστοιχα. Μεταξύ των δύο φλοιών υπάρχει διηλεκτρικό υλικό του οποίου η σχετική διηλεκτρική σταθερά είναι συνάρτηση της απόστασης από το κέντρο συμμετρίας του συστήματος σύμφωνα με την σχέση RR ( ) ενώ τα φορτία των δύο οπλισμών είναι Q( R ) Q Q( R ) Q. (α) Υπολογίστε την διηλεκτρική μετατόπιση το ηλεκτρικό πεδίο και την πόλωση στην περιοχή του πυκνωτή όπου αυτά τα μεγέθη έχουν μη μηδενική τιμή. (β) Υπολογίστε τις επιφανειακές πυκνότητες (στα σύνορα του διηλεκτρικού)την χωρική πυκνότητα (στον όγκο του διηλεκτρικού) και το συνολικό δέσμιο φορτίο. (γ) Υπολογίστε την χωρητικότητα του συστήματος (ως πυκνωτή με διηλεκτρικό). actan 3 / 3] [Δίνεται: 7. Σφαιρικός πυκνωτής αποτελείται από δύο ομόκεντρους λεπτότοιχους σφαιρικούς φλοιούς με ακτίνες R R και R R. (α) Υπολογίστε την χωρητικότητα του συστήματος. (β) Γεμίζουμε με διηλεκτρικό υλικό σχετικής διηλεκτρικής σταθεράς τον φλοιό πεπερασμένου πάχους R.5R E E D D. Να υπολογίσετε τα μεγέθη P P παντού στο εσωτερικό του πυκνωτή και την πόλωση διηλεκτρικού). (γ) Να υπολογίσετε την χωρητικότητα του νέου συστήματος (στην περιοχή του

8. Συμπαγής σφαιρική κατανομή στατικού φορτίου εκτείνεται μέχρι ακτίνα R και έχει πυκνότητα R. Η κατανομή b ρ() a περιβάλλεται από ομόκεντρο διηλεκτρικό κέλυφος με μορφή σφαιρικού R φλοιού με εσωτερική ακτίνα a R εξωτερική b 3R και σχετική διηλεκτρική σταθερά. α) Υπολογίστε το πεδίο της ηλεκτρικής μετατόπισης D σε όλο το χώρο. β) Υπολογίστε το ηλεκτρικό πεδίο E παντού στο χώρο. γ) Υπολογίστε τα δέσμια φορτία στις επιφάνειες και στο εσωτερικο του διηλεκτρικού. Δ) Υπολογίστε τη διαφορά δυναμικού ανάμεσα στις δύο σφαιρικές επιφάνειες του διηλεκτρικού φλοιού. 9. Σφαιρικός πυκνωτής αποτελείται από δύο ομόκεντρους λεπτότοιχους μεταλλικούς φλοιούς με ακτίνες R και R αντίστοιχα. Μεταξύ των δύο φλοιών υπάρχει διηλεκτρικό υλικό του οποίου η σχετική διηλεκτρική σταθερά είναι συνάρτηση της απόστασης από το ( R)( R ) κέντρο συμμετρίας του συστήματος σύμφωνα με την σχέση ( ) ενώ τα φορτία των δύο φλοιών είναι Q( R ) Q Q( R ) Q. (α) Υπολογίστε την διηλεκτρική μετατόπιση το ηλεκτρικό πεδίο και την πόλωση στην περιοχή του πυκνωτή όπου αυτά τα μεγέθη έχουν μη μηδενική τιμή. (β) Υπολογίστε τις επιφανειακές πυκνότητες (στα σύνορα του διηλεκτρικού) και την χωρική πυκνότητα (στον όγκο του διηλεκτρικού) των δέσμιων φορτίων. (γ) Υπολογίστε την χωρητικότητα του συστήματος (ως πυκνωτή με διηλεκτρικό). Μορφή διαφορικών τελεστών σε καμπυλόγραμμα συστήματα συνεταγμένων Κυλινδρικές συντεταγμένες ˆ ˆ zˆ z A A A A z z z x y : η κάθετη απόσταση από τον άξονα-z. Σφαιρικές συντεταγμένες ˆ ˆ ˆ sin A A A sin A sin sin sin sin sin