Question

В левой половине незаряженного металлического шара располагается крупная шарообразная полость, заполненная воздухом. Шар находится в воздухе вдали от других предметов. В центр полости помещён отрицательный точечный заряд $q < 0$ (см. рис.). Нарисуйте картину линий напряжённости электростатического поля внутри полости, внутри проводника и снаружи шара. Если поле отсутствует, напишите в данной области: $\vec{E} = 0$ . Если поле отлично от нуля, нарисуйте картину поля в данной области, используя восемь линий напряжённости. Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.

![](https://imgur.com/placeholder)

Accepted Answer

Внутри полости: 8 линий, сходящихся к заряду $q$. Внутри проводника: $\vec{E} = 0$. Снаружи: 8 линий, расходящихся радиально наружу

Answer

Идея решения: применить свойства электростатического поля в проводнике и принцип суперпозиции для анализа распределения поля в трёх областях.

**Внутри полости:**

Отрицательный заряд $q$ создаёт радиальное поле, направленное к центру (линии сходятся в точку заряда). Линии напряжённости исходят из стенок полости и направляются к центральному заряду. Рисуем восемь линий, равномерно распределённых по направлениям, все сходящиеся в точку $q$.

**Внутри проводника:**

В электростатическом равновесии напряжённость поля внутри проводника равна нулю:

$$\vec{E} = 0$$

Это следует из того, что свободные электроны в проводнике перераспределяются так, чтобы компенсировать внешнее поле. На внутренней поверхности полости индуцируется отрицательный заряд (притягиваемый положительным зарядом проводника), а на внешней поверхности — положительный заряд. Суммарное поле этих индуцированных зарядов и центрального заряда внутри металла обращается в нуль.

**Снаружи шара:**

Шар в целом остаётся нейтральным (исходно незаряженный). Однако индуцированные заряды на его поверхности создают поле. Поскольку положительный заряд распределён по внешней поверхности, поле снаружи направлено радиально наружу от центра шара. Линии напряжённости выходят из внешней поверхности и расходятся в пространство. Рисуем восемь линий, выходящих из внешней поверхности шара радиально наружу.

**Физические закономерности:**

1. Линии напряжённости начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.
2. Внутри проводника в электростатическом равновесии $\vec{E} = 0$.
3. Поле внутри полости определяется центральным зарядом и индуцированными зарядами на стенке полости.
4. Поле снаружи определяется суммарным распределением индуцированных зарядов на внешней поверхности.

Задание №21Электродинамика: поля и токиЕГЭ по физике