После того, как ученик дотронулся до шара, заряды перераспределились таким образом, чтобы их потенциалы были равны.
Так как потенциал заряженного тела φ прямо пропорционален его заряду q и обратно пропорционален его размерной характеристике (радиусу R), т.е. φ∝q/R .
Приравнивая потенциалы мы имеем, что чем больший размер (по сравнению с размером шара) имеет тело человека, тем больший заряд на нем будет скапливаться.
Конечно же, суммарный заряд в момент касания не может превысить исходный, т.е. q=q₁+q₂, где обозначены: q₁ - заряд шара, q₂ - заряд человека в момент касания.
А так как q₁<<q₂, то q₂≈q, q₁≈0.
То есть заряд шара стал равным нулю.
Энергию, преобразованную лампочкой, можно определить по формуле
W = P*t = U*I*t = 5*0,2*20 = 20 Дж
где W – энергия, Дж;
P – активная мощность лампы, Вт;
U – напряжение, приложенное к лампе, В;
I – сила тока, текущего в нити накала, А;
t – время, с.
Если считать, что лампа полностью преобразует энергию в тепло, то
Q = W = 20 Дж
где Q – количество теплоты.
Это формальное решение.
ответ. 20 Дж.
Но, так как лампа, которая не светит – это несколько нецелесообразно, то предположим, что лампа используется для освещения и работает в номинальном режиме (то есть, подключена на напряжение, на которое рассчитана). В среднем, КПД лампы накаливания составляет около 5 %. Будем считать, что лампа преобразует электрическую энергию только в видимый свет и в тепло. Тогда количество теплоты, выделившееся на лампе, составит
Q = W*(1-0,05) = 0,95*W = 0,95*20 = 19 Дж