Здравствуйте, Кожухова Дарья!
Потенциал электрического поля точечного заряда
q на расстоянии
r от него определяется известным выражением
где
[$949$][sub]0[/sub] = 8.8542[$183$]10[sup]-12[/sup] Ф/м -электрическая постоянная. Для заряда, равномерно распределённого по поверхности сферы радиуса
R, выражение примет вид
то есть вне сферы (при
r>R) её потенциал такой же, как у точечного заряда, а внутри сферы (при
r<R) постоянен во всех точках и равен
Если имеется больше одного источника поля, то потенциал в любой точке определяется по принципу суперпозиции - как сумма потенциалов, создаваемых в данной точке всеми источниками. В данном случае имеем четыре источника - три концентрические сферы радиуса
R,
2R и
3R, заряды которых можно принять за
q[sub]1[/sub],
q[sub]2[/sub] = Q[sub]0[/sub] и
q[sub]3[/sub], и точечный источник с известным зарядом
q = 2Q[sub]0[/sub] на расстоянии
6R от общего центра. Тогда потенциал внутренней сферы будет равен
Он складывается из потенциала первой сферы на её поверхности, потенциалов второй и третьей сфер внутри них, и потенциала точечного заряда в общем центре (а значит, и на поверхности сферы).
Аналогично, для остальных сфер имеем
а вне третьей сферы (при
r > 3R):
Поскольку первая и третья сфера соединены и заземлены, то
[$966$](R[sub]1[/sub]) = [$966$](R[sub]3[/sub]) = 0 и
откуда, домножив на
6R, получаем систему
решением которой будет
q[sub]1[/sub] = -Q[sub]0[/sub]/4 = 5[$183$]10[sup]-8[/sup] Кл = -50 нКл,
q[sub]3[/sub] = -7Q[sub]0[/sub]/4 = 3.5[$183$]10[sup]-7[/sup] Кл = -350 нКл.
Напряжённость и потенциал поля в точке связаны соотношением
В данном случае потенциал зависит только от координаты
r, поэтому вне третьей сферы
и на точечный заряд
q = 2Q[sub]0[/sub] = 4[$183$]10[sup]-7[/sup] Кл, находящийся на расстоянии
r = 6R = 30 см = 0.3 м от общего центра сфер с суммарным зарядом
-Q[sub]0[/sub] = -2[$183$]10[sup]-7[/sup] Кл, будет действовать сила
(знак "минус" означает, что сила направлена к общему центру и точечный заряд притягивается сферами).