Задание 4D5DA2: Электрическое поле

1. Система отсчёта связана с конденсатором; Oy направим вверх. Капля покоится, на неё действуют тяжесть mg вниз и электрическая сила F_э вверх. Воздействием воздуха пренебрегаем в обычной модели маленькой ртутной капли. Плотность ртути ρ = 13 600 кг·м⁻³, масса m = ρV. Для положительного заряда поле должно быть направлено вверх: нижняя обкладка положительна.
2. Условие равновесия — второй закон Ньютона при a_y = 0:
F_э − mg = 0.
В однородном поле F_э = |q|E, а E = |U|÷d. Поэтому
|q||U|d = ρVg,
|U| = ρVgd|q|.
3. Подстановка d = 0,02 м, g = 10 м·с⁻²:
|U| = 13 600 кг·м⁻³·2·10⁻¹⁸ м³·10 м·с⁻²·0,02 м5,44·10⁻¹⁸ Кл = 1000 В.
4. Проверка. Масса 2,72·10⁻¹⁴ кг, тяжесть 2,72·10⁻¹³ Н. Поле при найденном напряжении 5·10⁴ В·м⁻¹ создаёт силу qE = 2,72·10⁻¹³ Н. Равновесие выполняется. Поскольку порядок вычитания потенциалов в условии не задан, ответ — модуль разности потенциалов; требуемая полярность определяется направлением силы вверх.

Ответ: |U| = 1000 В = 1 кВ.