Здравствуйте, dar777!
Дано:
Кл/м
3;
м -- радиус объёмно заряженного шара;
-- зависимость плотности заряда шара от расстояния
до центра шара.
Определить:
-- максимальное значение напряжённости электрического поля шара.
Решение
Примем, что шар находится в вакууме (тогда
).
Определим напряжённость поля внутри шара. Вообразим концентрическую с шаром сферу радиуса
Поток
напряжённости поля через поверхность сферы составляет
[1, с. 22]; с другой стороны, по теореме Остроградского -- Гаусса, заряд, заключённый в объёме шара, ограниченном сферой радиуса
составляет
[1, с. 23], где
Кл
2/(Н*м
2) -- электрическая постоянная [1, с. 15]. При этом
тогда
Поскольку
-- положительные числа, то характер зависимости
тот же, что для функции
Удобно обозначить
где
и рассмотреть функцию
отражающую зависимость, аналогичную зависимостям, отражаемым функциями (2), (1). Тогда
Приравняв производную (4) к нулю, получим
-- критическая точка функции
[2, с. 186]. Эта точка лежит за пределами сферы радиусом
поэтому, как я понимаю, внутри шара функция
не имеет локальных экстремумов. Значения функции при
соответственно составляют
График функции
показан в прикреплённом файле. Максимальное значение функция
имеет в точке
Тогда напряжённость электрического поля внутри шара имеет наибольшее значение при
причём
(В/м).
Согласно [3, с. 168], при переходе через границу области объёмного заряда напряжённость поля в вакууме изменяется непрерывно. Кроме того, в соответствии с теоремой Остроградского -- Гаусса, вне шара напряжённость поля убывает обратно пропорционально
Поэтому
Ответ:
В/м.
Литература
1. Физика. В 2 ч. Ч. 2 / В. А. Груздев и др. -- Минск: РИВШ, 2009. -- 312 с.
2. Тактаров Н. Г. Справочник по высшей математике для студентов вузов. -- М.: Книжный дом "ЛИБРОКОМ", 2019. -- 880 с.
3. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. -- М.: Высшая школа, 1989. -- 608 с.
Об авторе:
Facta loquuntur.