Statik Elektriklə Bağlı Nümunə Suallar
Pendahuluan
Statik elektrik gündəlik həyatımızda tez-tez rastlaşdığımız fiziki bir fenomendir. Qapı dəstəyinə toxunduqda kiçik bir elektrik şoku almaq təcrübəsindən tutmuş plastik daraqla daranarkən saçların biz-biz dayanmasına qədər hər şey statik elektrik prinsipləri ilə izah edilə bilər. Bu məqalədə statik elektrik problemlərinin bir neçə nümunəsi müzakirə ediləcək, əsas anlayışlar izah ediləcək və tətbiq olunan qanunlar tətbiq olunacaq.
Statik Elektrikin Anlaşılması
Statik elektrik, bir cismin səthində elektrik yükünün toplanmasıdır. Bu, adətən sürtünmə nəticəsində, məsələn, şarın saçlara sürtülməsi nəticəsində elektronların bir cisimdən digərinə ötürülməsi nəticəsində baş verir. Bu elektrik yükündən yaranan qüvvə Kulon qanunu ilə tənzimlənir.
Kulon qanunu iki yüklü cisim arasındakı qüvvənin müvafiq yüklərin böyüklüklərinin hasilinə mütənasib və aralarındakı məsafənin kvadratına tərs mütənasib olduğunu bildirir. Bu qanunun riyazi düsturu belədir:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
Harada:
– \( F \) iki yük arasındakı qüvvədir,
– \( k \) Kulon sabitidir (\( 8.99 \times 10^9 \, N \cdot m^2 / C^2 \)),
– \( q_1 \) və \( q_2 \) elektrik yükünün böyüklükləridir və
– \( r \) iki yük arasındakı məsafədir.
Nümunə Suallar və Müzakirələr
Sual 1: Kulon Elektrik Qüvvəsinin Hesablanması
20 sm məsafədə \(5, \muC \) və \(-3, \muC \) böyüklükdə iki yük yerləşdirilib. İki yük arasındakı elektrik qüvvəsini hesablayın!
Müzakirə:
Əvvəlcə yük və məsafə vahidlərini beynəlxalq sistemə (SI) çevirin:
– \( q_1 = 5 \, \mu C = 5 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = -3 \, \mu C = -3 \times 10^{-6} \, C \)
– \( r = 20 \, sm = 0.2 \, m \)
Qüvvəni hesablamaq üçün Kulon qanunundan istifadə edin:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
Məlum dəyərləri əvəz edin:
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \right) \frac{{|5 \times 10^{-6} \, C \times (-3 \times 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{15 \times 10^{-12}}}{{0.04}} \]
\[ F = \sol( 8.99 \times 10^9 \sağ) \times 3.75 \times 10^{-10} \]
\[ F = 3.37 \, N \]
İki yük arasındakı qüvvə 3.37 N-dir və yüklərdən biri mənfi olduğundan, bu qüvvə cəlbedicidir.
Sual 2: Məsafənin Kulon Qüvvəsinə Təsiri
İki yük 0.1 m məsafədə yerləşdirilib. Əgər iki yük arasındakı məsafə 0.2 m-ə qədər artırılarsa, Kulon qüvvəsinin necə dəyişdiyini təyin edin!
Müzakirə:
Əvvəlcə, ilkin məsafədə qüvvəni hesablayın \( 0.1\, m \):
– \( q_1 = 4 \, \mu C = 4 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = 6 \, \mu C = 6 \times 10^{-6} \, C \)
– \( r_1 = 0.1 \, m \)
\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]
Məlum dəyərləri əvəz edin:
\[ F_1 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = \solt( 8.99 \times 10^9 \sağ) \times 2.4 \times 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, N \]
İndi isə yeni məsafədə qüvvəni hesablayın \( 0.2 \, m \):
– \( r_2 = 0.2 \, m \)
\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]
\[ F_2 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = \solt( 8.99 \times 10^9 \sağ) \times 6 \times 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, N \]
Beləliklə, iki yük arasındakı məsafə 0.1 m-dən 0.2 m-ə qədər artırıldıqda, Kulon qüvvəsi 2.1576 N-dən 0.5394 N-ə qədər azalır.
Problem 3: Yükün daşınması işi
Potensialları 100 V və 40 V olan elektrik sahəsində yük (q = 2 C) A nöqtəsindən B nöqtəsinə köçürülür. Yükü hərəkət etdirmək üçün nə qədər iş görülür?
Müzakirə:
Elektrik sahəsində yükü hərəkət etdirmək üçün görülən iş aşağıdakı düsturla hesablana bilər:
\[ W = q (V_A – V_B) \]
Məlum dəyərləri əvəz edin:
– \( q = 2 \, \mu C = 2 \times 10^{-6} \, C \)
– \( V_A = 100 \, V \)
– \( V_B = 40 \, V \)
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) (100 \, V – 40 \, V) \]
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) \times 60 \, V \]
\[ W = 1.2 \times 10^{-4} \, J \]
Beləliklə, yükü hərəkət etdirmək üçün görülən iş \( 1.2 \times 10^{-4} \, J \)-dir.
Nəticə
Statik elektrik müxtəlif gündəlik vəziyyətlərdə tez-tez rol oynayan maraqlı bir fenomendir. Kulon qanunu və elektrik sahələrinin prinsipləri kimi əsas anlayışları anlamaq əlaqəli problemləri təhlil etmək və həll etmək üçün çox vacibdir. Müzakirə olunan nümunələr vasitəsilə elektrik yükləri arasındakı qarşılıqlı təsirləri və onlar arasında təsir edən qüvvələrin böyüklüyünü anlamaq üçün fizika nəzəriyyələrini tətbiq edə bilərik. Möhkəm bir anlayışla gündəlik həyatda statik elektrik fenomenini daha yaxşı qiymətləndirə və idarə edə bilərik.
