Формула потребляемой мощности P = U * I.
Отсюда находим U = P / I.
Если подставить исходные данные, указанные в задаче, то получаем:
U = 50000 Вт / 20 А = 2500 В.
Часто совершаемая ошибка - делят 50 на 20, не обращая внимание, что мощность задана в КВт.
Сопротивление проводника напрямую зависит от колебания ионов в узлах кристаллической решетки. Чем температура ниже, тем эти колебания слабее, имеют меньшую амплитуду, и наоборот, при нагреве проводника ионы в узлах решетки начинают колебаться все быстрее и все с большей амплитудой, а это значит, что увеличивается взаимодействие ионов и свободных электронов. Иначе говоря ионы начинают сбивать электроны с правильного пути, рассеивать их. А ведь электрический ток - это направленное движение электронов, если он становится все более беспорядочным, ток ослабевает, материал проводника оказывает больше сопротивление направленному движению электронов.
Если мы припаяем к внешней поверхности металлического шара два отвода и подведем к ним ток, то этот ток распределится по всей поверхности шара (не ошибайтесь, говоря "ток течет по кратчайшему пути", это неправильно) и создаст определенное распределение потенциалов по поверхности, причем если ток постоянный -- одинаковое как внутри, так и снаружи (так что это вторая ошибка -- ссылаться на "клетку Фарадея" и полагать, что шар внутри будет эквипотенциален). Так что стоящий (или лежащий) внутри шара человек будет находиться под "шаговым напряжением". Насколько оно будет опасно, зависит от реальной разности потенциалов, образовавшейся между отводами.
Такой шар, даже сделанный из тонкого металла, будет иметь очень маленькое сопротивление. Так, медная сфера диаметром 2 метра и с толщиной стенки 1 мм будет иметь сопротивление порядка десятитысячных долей ома. Чтобы создать разность потенциалов между контактами всего лишь в 1 вольт, придется пропустить ток 10000 А. Таким образом, опасность поражения электрическим током может возникнуть лишь при мегаамперных токах, и то если испытуемый будет держаться за точки питания изнутри шара (или встанет на нижнюю ногами, а в верхнюю упрется руками). Чтобы создать опасность "шагового" напряжения на длине обычного шага, ток нужно повысить еще на порядок.
Человек, находящийся внутри шара, будет подвержен воздействию электрического поля, создаваемого падением напряжения на шаре, а также магнитному полю проходящего через него тока.
Нужно использовать формулы для потенциальной энергии тела поднятого над землей и закон Архимеда.
Епот = mg(h+S), Fа = pgV (p - po, плотность).
Составим уравнение:
mg(h+S)=pgV*S,
из уравнения выводим искомую величину:
S = mh/pV-m
p - величина постоянная; h - дано; необходимо знать объем (V) и массу (m) тела.
Напряжённость равна нулю - это следует из симметрии системы. А вот потенциал нулю не равен. Его можно сосчитать интегрированием - но можно и просто так сообразить, что он тупо равен потенциалу точечного заряда, равного заряду кольца и находящемуся на расстоянии, равном радиусу окружности. Это следует из того, что потенциал системы зарядов равен сумме потенциалов, создаваемых каждым зарядом по отдельности.
