Question

Два одинаковых шара удалены на очень большое расстояние друг от друга. Поле первого шара обладает энергией W1=1,6 мДж, а поле второго -энергией W2=3,6 мДж. Какое количество теплоты ΔQ выделится при соединении этих шаров тонкой проволочкой?

Answer 1

Энергия сферы 1 с зарядом Q1
W1=Q1^2*k/(2*R)
|Q1|=корень(2*R*W1/k)
энергия сферы 2 с зарядом Q2
W2=Q2^2*k/(2*R)
|Q2|=корень(2*R*W2/k)
после объединения тонким проводником заряд сфер перераспределится поровну и на обеих будет одинаковый потенциал и одинаковый заряд Q3=(Q1+Q2)/2
энергия двух сфер будет равна
2*Q3^2*k/(2*R)=2*((Q1+Q2)/2)^2*k/(2*R)
на тепло ушло энергии
W=W1+W2-2*((Q1+Q2)/2)^2*k/(2*R)

а)
пусть Q1 и Q2 - заряды одного знака
W=W1+W2-2*((Q1+Q2)/2)^2*k/(2*R)=
=W1+W2-2*((корень(2*R*W1/k)+корень(2*R*W2/k))/2)^2*k/(2*R)=
=W1+W2-(корень(W1)+корень(W1))^2/2=
=W1+W2-W1/2-W2/2 - корень(W1*W1)=
=(W1+W2)/2 - корень(W1*W1)=
=(3,6+1,6)/2 - корень(3,6*1,6) мДж= 0,2 мДж - это ответ №1
б)
пусть Q1 и Q2 - заряды разного знака
W=W1+W2-2*((Q1+Q2)/2)^2*k/(2*R)=
=W1+W2-2*((корень(2*R*W1/k)-корень(2*R*W2/k))/2)^2*k/(2*R)=
=W1+W2-(корень(W1)-корень(W1))^2/2=
=W1+W2-W1/2-W2/2 + корень(W1*W1)=
=(W1+W2)/2 + корень(W1*W1)=
=(3,6+1,6)/2 + корень(3,6*1,6) мДж= 5 мДж - это ответ №2