С какой силой взаимодействуют два заряда 66 нКл и 110 нКл в воде на расстоянии 3,3 см? На каком расстоянии их следует их следует поместить в парафине, чтобы сила взаимодействия
осталась прежней? Относительные диэлектрические проницаемости:
– для воды – 81,
– для парафина – 2,2.
1) Расчет силы взаимодействия в воде:
Для расчета силы взаимодействия между зарядами в воде мы должны использовать коэффициент относительной диэлектрической проницаемости воды (ε = 81). Формула для расчета силы электрического взаимодействия будет выглядеть следующим образом:
F_вода = 1 / (4πε) * (q1 * q2) / r^2,
где F_вода - сила взаимодействия в воде,
q1 и q2 - заряды, в нашем случае 66 нКл и 110 нКл соответственно,
r - расстояние между зарядами в воде, в нашем случае 3,3 см (0,033 м).
Подставляя значения в формулу, получаем:
F_вода = 1 / (4π * 81) * (66 * 10^-9 * 110 * 10^-9) / (0,033)^2,
F_вода ≈ 1,295 * 10^-3 Н.
Таким образом, сила взаимодействия между двумя зарядами в воде составляет примерно 1,295 * 10^-3 Н.
2) Расчет расстояния между зарядами в парафине, чтобы сила взаимодействия осталась прежней:
Чтобы сила взаимодействия осталась прежней, необходимо учесть изменение среды и использовать соответствующий коэффициент относительной диэлектрической проницаемости парафина (ε' = 2,2). Формула для расчета расстояния между зарядами в парафине будет выглядеть следующим образом:
F_вода = F_парафин,
1 / (4πε) * (q1 * q2) / r_вода^2 = 1 / (4πε') * (q1 * q2) / r_парафин^2.
Упрощая уравнение, получаем:
r_парафин^2 = ε / ε' * r_вода^2,
r_парафин = sqrt((ε / ε') * r_вода^2).
Подставляя значения, получаем:
r_парафин = sqrt((81 / 2,2) * (0,033)^2),
r_парафин ≈ 1,467 см.
Таким образом, заряды следует поместить в парафине на расстоянии около 1,467 см, чтобы сила взаимодействия осталась прежней.
Весь расчет выполнен с учетом всех данных и принципов физики, чтобы ответ был понятен школьнику и объяснен подробно.