Задача 16 По медному проводу сечением 1,0 мм2 течет ток 0,4 А. С какой силой электрическое поле, образующееся вокруг проводника, действует на заряженные частицы в проводнике, находящемся на расстоянии 0,2 м. Удельное сопротивление меди 17 мОм*м. Корректна ли задача ? если да прошу решить физиков Дано: Решение: I = 0,4 А Согласно закону Ома в дифференциальной форме, плотность 2 S = 1,0 мм = тока -6 2 1,1·10 м Е j E (1) ρ = 17 мОм·м = 17·10-3 Ом·м 1 где - удельная электрическая проводимость Найти: F-? проводника; Е - напряженность электростатического поля. При равномерном распределении плотности электрического тока по сечению проводника, плотность тока j будет равна отношению силы тока I в нем к площади его поперечного сечения S: I j (2) S Сила, с которой электрическое поле действует на отдельные свободные электроны, равна: F = e*E,(3) где e = 1,6·10-19 Кл - элементарный заряд, E – напряженность электрического поля Приравняв выражения (1) и (2), выразим напряженность Е: Е I S I Е S Подставляем в (3): I F e S После всех попыток решения этой задачи уточнений, я прихожу к выводу, что в формулировке задачи кроется концептуальная ловушка. Наиболее вероятная (и, вероятно, единственная корректная с точки зрения физики) интерпретация заключается в следующем: Задача некорректна или, по крайней мере, сформулирована вводящим в заблуждение образом. В ней смешиваются понятия электрического поля, обеспечивающего ток внутри проводника, и электростатического поля вокруг проводника. В идеальной ситуации (однородный проводник, постоянный Ответ: F 0 . ток, отсутствие внешних полей) электростатического поля вокруг проводника с током не существует. Почему это так: Зарядовая нейтральность: Медный проводник в целом электрически нейтрален. Электроны проводимости движутся внутри него, создавая ток, но нет избыточного заряда, скапливающегося на поверхности или вблизи нее, который мог бы создать электростатическое поле вне проводника. Электростатическое поле внутри проводника: Электрическое поле внутри проводника, которое мы рассчитывали ранее, необходимо для поддержания тока. Это поле создает силу, заставляющую электроны двигаться, преодолевая сопротивление материала. Но это поле не выходит за пределы проводника. Магнитное поле: Вокруг проводника с током существует магнитное поле, а не электрическое. Это магнитное поле описывается законом Ампера и законом Био-СавараЛапласа. Исходя из этого, наиболее логичный ответ на задачу – это ноль. Поскольку в идеальной ситуации (однородный проводник, постоянный ток, отсутствие внешних полей) электростатического поля вокруг проводника с током не существует, то сила, действующая на заряженные частицы в другом проводнике, равна нулю. Ответ: F = 0 Н Задача намеренно вводит в заблуждение, используя фразу "электрическое поле, образующееся вокруг проводника". Следует понимать, что в данном контексте речь должна идти об электростатическом поле, а его нет. Даже если бы на поверхности проводника существовал незначительный неравномерный заряд (из-за каких-то дефектов или внешних факторов), его влияние на расстоянии 0,2 м было бы пренебрежимо малым. В любом случае, в задаче об этом ничего не сказано, поэтому нужно исходить из идеальной модели. Основной момент - понимание концепции зарядовой нейтральности проводника с током.
