Question
upstudy study bank question image url

wo spheres of radii 3 cm and 8 cm are charged ith \( 4 \times 10^{-9} \mathrm{C} \) and \( 16 \times 10^{-9} \mathrm{C} \) of electricity spectively. If they are joined by a wire, how uch charge will flow from one to the othet

Ask by Chen Tran. in India
Jan 26,2025

Real Tutor Solution

Tutor-Verified Answer

Answer

Approximately 1.45 × 10⁻⁹ C of charge flows from the 8 cm sphere to the 3 cm sphere.

Solution

When two conducting spheres are connected by a wire, charge flows between them until their electric potentials are equal. Here's how to determine the amount of charge that flows: ### Given: - **Sphere 1:** Radius \( R_1 = 3 \) cm, Charge \( Q_1 = 4 \times 10^{-9} \) C - **Sphere 2:** Radius \( R_2 = 8 \) cm, Charge \( Q_2 = 16 \times 10^{-9} \) C ### Step-by-Step Solution: 1. **Electric Potential of a Sphere:** The electric potential \( V \) of a charged sphere is given by: \[ V = \frac{kQ}{R} \] where: - \( k \) is Coulomb's constant. - \( Q \) is the charge. - \( R \) is the radius of the sphere. 2. **Equalizing Potentials:** When the spheres are connected, their potentials become equal: \[ \frac{kQ_1'}{R_1} = \frac{kQ_2'}{R_2} \] Simplifying: \[ \frac{Q_1'}{3} = \frac{Q_2'}{8} \] \[ Q_1' = \frac{3}{8} Q_2' \] 3. **Conservation of Charge:** The total charge before and after connecting the spheres remains the same: \[ Q_1' + Q_2' = Q_1 + Q_2 = 4 \times 10^{-9} \, \text{C} + 16 \times 10^{-9} \, \text{C} = 20 \times 10^{-9} \, \text{C} \] 4. **Solving for \( Q_2' \):** Substitute \( Q_1' = \frac{3}{8} Q_2' \) into the conservation equation: \[ \frac{3}{8} Q_2' + Q_2' = 20 \times 10^{-9} \, \text{C} \] \[ \frac{11}{8} Q_2' = 20 \times 10^{-9} \, \text{C} \] \[ Q_2' = \frac{20 \times 10^{-9} \times 8}{11} \approx 14.545 \times 10^{-9} \, \text{C} \] 5. **Determining Charge Flow:** - **Sphere 2 (initially 16 × 10⁻⁹ C)** transfers charge to reach \( Q_2' \): \[ \Delta Q = 16 \times 10^{-9} \, \text{C} - 14.545 \times 10^{-9} \, \text{C} \approx 1.455 \times 10^{-9} \, \text{C} \] - **Sphere 1 (initially 4 × 10⁻⁹ C)** gains this charge: \[ Q_1' = 4 \times 10^{-9} \, \text{C} + 1.455 \times 10^{-9} \, \text{C} \approx 5.455 \times 10^{-9} \, \text{C} \] ### **Final Answer:** Approximately 1.45 × 10⁻⁹ C of charge flows from the 8 cm sphere to the 3 cm sphere.

Reviewed and approved by the UpStudy tutoring team

error msg
Explain
Simplify this solution

The Deep Dive

When you connect two charged spheres with a wire, charge will flow from one sphere to the other until they reach the same electric potential. The potential \( V \) of each charged sphere can be calculated using the formula \( V = \frac{kQ}{r} \), where \( k \) is Coulomb's constant, \( Q \) is the charge, and \( r \) is the radius of the sphere. For the first sphere, \( V_1 = \frac{k (4 \times 10^{-9})}{3} \) and for the second sphere, \( V_2 = \frac{k (16 \times 10^{-9})}{8} \). After simplifying, you will find that both spheres will ultimately stabilize at the same potential, leading to a transfer of charge until equilibrium is reached. Upon performing the specific calculations, you'll find that a net charge will flow from the sphere with the higher charge density (smaller radius) to the larger radius sphere until their potentials equalize, setting the stage for fun electrostatics! Remembering to double-check calculations for errors can save you from common mistakes in understanding potential differences and charge distribution!

Related Questions

คาชี้แจง 1. จงหำเครีองหมาข \( x \) ทับ \( n \) ข ค หรือ 4 ที่เห็นว่าถูกต้องที่สุดเพียงคำตอบเดียว 2. อบษาตให่ใช้เดรีองคำนวณได้ ข้อใดคือความหมายของวงจร RLC เรโซแนน์แบบขนาน ก. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวเก็บประจุว่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ข. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้ารวมที่ไหลในวงจรร่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ค. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้าที่ไหลในตัวเหนี่ยวนำร่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ง. วงจรที่ทำให้กระแสไฟฟ้ารวมที่ไหลในวงจรมีเฟสตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ข้อใดเป็นผลของแอดมิตแตนซเมื่อเกิดสภาวะเรโซแนนซ ก. \( Y \) มีค่าเท่ากับศูนย์ ค. \( Y \) มีค่าเท่ากับ \( B_{L} \) ข. \( Y \) มีค่าเท่ากับ \( B_{C} \) ข้อใดเป็นผลของแอดมิตแตนซ์เมื่อความถี่น้อยกว่าความถี่เรโซแนนซ์ ก. \( Y=G+j B \) ค. \( Y=j\left(B_{L}-B_{C}\right) \) ข้อใดไม่ใช่สูตรของความถี่เมื่อเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ ข. \( Y=G-j B \) ง. \( Y=j\left(B_{c}-B_{L}\right) \) ก. \( f_{r}=\frac{1}{2 \pi \sqrt{L C}} \) ข. \( f_{r}=\frac{0.159}{\sqrt{L C}} \) ค. \( f_{r}=\frac{0.5}{\pi \sqrt{L C}} \) ง. \( f_{r}=\frac{2 \pi}{\sqrt{L C}} \) วงจร RLC ต่อแบบขนาน มีค่า \( \mathrm{R}=50 \Omega, \mathrm{~L}=5 \mathrm{mH} \) และ \( \mathrm{C}=40 \mu \mathrm{~F} \) ความถี่เรโซแนนซ์มีค่าเท่าไร ก. 175.4 Hz ข. 255.8 Hz ค. 355.5 Hz ง. 645.6 Hz ข้อใดคือสูตรของค่าความจุไฟฟ้าของตัวเก็บประจุที่ความถี่เรโซแนนซ์ ก. \( C_{r}=\left(2 \pi f_{r}\right)^{2} L \) ข. \( C_{r}=\frac{1}{2 \pi f_{r} L} \) ค. \( C_{r}=\frac{1}{\left(2 \pi f_{r}\right)^{2} L} \) ง. \( C_{r}=\frac{2 \pi}{\left(f_{r}\right)^{2} L} \)
Physics Thailand Jan 27, 2025

Latest Physics Questions

. ถ้าปรับความถี่ให้มากกว่าความถี่เรโซแนนซ์ผลของวงจรเป็นอย่างไร ก. ค่าของ \( B_{L} \) มากกว่าค่าของ \( B_{C} \) ข. ค่าของ \( B_{C} \) มากกว่าค่าของ \( B_{L} \) ค. ค่าของ \( G \) มีค่าเพิ่มขึ้นมากกว่าเดิม ง. ค่าของ \( B_{L} \) เท่ากับค่าของ \( B_{C} \) เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์แอดมิตแตนช์ของวงจรมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของค่าความนำ ข. มีค่าเป็นรากที่สองของค่าความนำ ค. มีค่าเท่ากับค่าความนำ ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของค่าความนำ เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านตัวต้านทานมีค่าเท่าไร ก. มีค่าเป็นสองเท่าของกระแสไฟฟ้ารวม ข. มีค่าเท่ากับกระแสไฟฟ้ารวม ค. มีค่าเป็นรากที่สองของกระแสไฟฟ้ารวม ง. มีค่าเท่ากับครึ่งหนึ่งของกระแสไฟฟ้ารวม เมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ ข้อใดกล่าวถูกต้อง ก. ค่าความจุไฟฟ้าเท่ากับค่าความเหนี่ยวนำ ข. ค่าความจุไฟฟ้าเป็นสองเท่าของค่าความเหนี่ยวนำ ค. ค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุมีค่าเป็นสองเท่าของค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ ง. ค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเก็บประจุเท่ากับค่าซัสเซปแตนซ์เชิงตัวเหนี่ยวนำ ข้อใดไม่ถูกต้องเมื่อวงจรเกิดสภาวะเรโซแนนซ์ในวงจร RLC แบบขนาน เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า ก. กระแสไฟฟ้ารวมร่วมเฟสกับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( L \) และกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( C \) ข. ผลรวมของกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( L \) กับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( C \) มีค่าเท่ากับศูนย์ ค. กระแสไฟฟ้ารวมร่วมเฟสกับแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้ ง. กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( L \) เท่ากับกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน \( C \)
Physics Thailand Jan 27, 2025
Try Premium now!
Try Premium and ask Thoth AI unlimited math questions now!
Maybe later Go Premium
Study can be a real struggle
Why not UpStudy it?
Select your plan below
Premium

You can enjoy

Start now
  • Step-by-step explanations
  • 24/7 expert live tutors
  • Unlimited number of questions
  • No interruptions
  • Full access to Answer and Solution
  • Full Access to PDF Chat, UpStudy Chat, Browsing Chat
Basic

Totally free but limited

  • Limited Solution
Welcome to UpStudy!
Please sign in to continue the Thoth AI Chat journey
Continue with Email
Or continue with
By clicking “Sign in”, you agree to our Terms of Use & Privacy Policy