Статично електричество – проблеми и решения

Статично електричество – проблеми и решения

Електрическа сила

1. Точка А в електрическо поле . Големината на електрическото поле в точка А = 0.5 NC⁻¹ ^. Ако в точка А е поставен заряд от 0.25 C, тогава каква е електрическата сила, упражнявана върху заряда?

Известни:

Електрическо поле в точка A = 0.5 NC ^-1

Електрически заряд в точка А = 0.25 C

Търси се: Електрическа сила

решение:

F = q E

F = (0.25°C)(0.5°C ^-1 )

F = 0.125 N

2. Два заряда 5 C и 4 C са на разстояние 3 метра един от друг. Ако константата на Кулон е 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2 , каква е големината на електрическата сила, упражнявана върху два заряда?

Известни:

Заряд 1 (q² ₎ = 5 C

Заряд 2 (q² ₎ = 4 C

Разстояние между заряд 1 и заряд 2 (r) = 3 метра

Константа на Кулон (k) = 9 × ^10⁻⁹ Nm² C ^{– 2}

Търси се: Големината на електрическата сила (F)

решение:

3. Електрическите заряди +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; и q3 _са разделени, както е показано на фигурата по-долу. Електрическата сила, упражнявана върху заряд q2 ₌ 0, тогава какъв е зарядът на _q3.

Известни:

Заряд 1 (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

Заряд 2 (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Търси се: Какъв е зарядът на q3_?

решение:

Върху +q² действат две _сили.

Първата сила е силата на отблъскване между заряд +q1 _и заряд +q2, _т.е. F12 _, насочена надясно.

Ако сумата от електрическата сила действа върху q² ₌ 0, тогава q³ _трябва да е отрицателно.

Втората сила е силата на привличане между зарядите +q² _и -q³ _, т.е. F²³ _, насочена наляво.

И двете сили, действащи върху q² _, имат еднаква величина, но противоположна посока.

Нетната сила действа върху +q² ₌ 0.

4. Три заряда q1 _, q и q2 _са разположени на една линия. Ако q = 5.0 μC и d = 30 cm, тогава каква е големината и посоката на електрическата сила, действаща върху заряда q.

Известни:

Заряд 1 (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

Заряд 2 (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Заряд 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Разстояние между q1 _и q=d

Разстояние между q² _и q = 2d

d = 30 см = 0.3 метра

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Константа на Кулон (k) = 9 x 10 ^{^ 9} N ^m² C⁻²

Търси се: Големината и посоката на електрическата сила, действаща върху електрическия заряд.

решение:

Върху q действат две сили, които са F1 _{надясно} (q и q1 _са положителни, така че F1 _е насочена встрани от q и _q1 ) и F2 _наляво (q и q2 _са положителни, така че F2 _е насочена встрани от q и q2 ₎ . Първо се изчисляват _F1 и _F2.

Нетната сила е 7.5 нютона. Посоката на нетната сила = посоката на F₁, насочена надясно точка за заряд q₂.

Електрическо поле

5. Точков заряд q се намира в точка P в електрическото поле, създадено от заряда (+), така че той изпитва сила от 0.05 N в посока към заряда. Ако големината на електрическото поле в точка P е 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , тогава каква е големината и видът на заряда, който причинява ^{електрическото} поле?

Известни:

Електрическа сила (F) = 0.05 N

Електрическо поле (E) = 2 x 10–2 ^NC – ¹ = 0.02 NC ^–1

Търси се: Големината и видът на електрическия заряд

решение:

Електрическият заряд се изчислява с помощта на формула, която изразява връзката между електричната сила (F), електрическото поле (E) и електрическия заряд (q):

F = q E

q = F / E = 0.05 N / 0.02 NC ^–1 = 2.5 кулона

Зарядът q изпитва електрическа сила в посока на заряд (+), която създава електрическо поле, така че зарядът q е отрицателен.

6. Зарядите A и B са на разстояние 4 метра един от друг. Точка C е между двата заряда, на 1 метър от точка A. Ако Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, тогава каква е величината на електрическото поле в точка C, създадено от двата заряда.

Известни:

Разстояние между заряди A и B (r _AB ) = 4 метра

Разстояние между точка C и заряд A (r _AC ) = 1 метър

Разстояние между точка C и заряд B (rBC ₎ = 3 метра

Заряд A (q _A ) = –300 μC = -300 x 10⁻⁶ ^C = -3 x ^10⁻⁴ Кулон

Заряд B (q _B ) = 600 μC = 600 x 10⁻⁶ ^C = 6 x ^10⁻⁴ кулона

Константа (k) = 9 × 10^ ⁹ N m² ^C – ²

Търси се: Електрическо поле в точка C

решение:

Електрическо поле, създадено от заряд А в точка C:

Заряд А е отрицателен, така че посоката на електрическото поле сочи към заряд А и далеч от заряд B (наляво).

Електрическото поле, създадено от заряд B в точка C:

Заряд B е положителен, така че посоката на електрическото поле е встрани от заряд B и сочи към заряд A (наляво).

Резултантната сила на електрическото поле в точка А:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁶ ⁾ + (6 x ^10⁶ )

E = 33 x 10⁶ ^Н /К

Посоката на електрическото поле сочи към заряд А и далеч от заряд B (наляво).

7. Прах от 1 mg се носи във въздуха. Ако зарядът на праха е 0.5 μC и ускорението на гравитацията е 10 m/s2, определете големината на електрическото поле, което поддържа праха.

Известни:

Маса на праха (m) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

Заряд на прах (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Ускорение на гравитацията (g) = 10 m/ ^s²

Търси се: Електрическо поле

решение:

w = mg

w = тегло на праха, m = маса на праха, g = ускорение на гравитацията

Силата на гравитацията действа върху праха:

w = mg = (1 x 10⁻⁶ ^kg )(10 m/s² ⁾ = 10 x ^10⁻⁶ kg m/s² ⁼ 10 x ^10⁻⁶ нютона

Уравнението на електрическото поле:

E = F/q

E = електрическо поле, F = електрична сила, q = електрически заряд

Заместете F в уравнението на електрическото поле с w в уравнението на теглото:

E = F/q = w/q

E = (10 x 10⁶ ^N ) / (0.5 x ^10⁶ C)

E = 10 N / 0,5°C

E = 20 Н/К

8. Два заряда _q1 = 32 μC и _q2 = -214 μC са разположени на разстояние x един от друг, както е показано на фигурата по-долу. В точка P, разположена на 10 cm от q2, няма електрическо поле _. Намерете x.

Известни:

Заряд 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Заряд 2 (Q² ₎ = -214 μC

Разстояние на точка P от q ₁ = x + 10 см

Разстоянието на точка P от q² ₌ 10 см

Търси се: x

решение:

E1 = електрическо поле, създадено от заряд Q1 _. Посоката на електрическото поле е противоположна на Q1 _, защото Q1 _е положителен. _E2 = електрическо поле, създадено от Q2 _. Посоката на електрическото поле сочи към Q2 _{, защото} Q2 _е отрицателен.

Няма нетна сила в точка p, разположена на 10 см от _Q2

Използвайте квадратична формула:

9. Заредена точка q се намира в точката P в електрическото поле, създадено от заряда (+), следователно има сила от 0.05 N. Ако зарядът е +5 × l0 ^–6 Кулон, тогава каква е величината на електрическото поле в точка C?

Известни:

Електрическа сила (F) = 0.05 нютона

Електрически заряд (Q) = +5 × l0 ^–6 Кулон = 0.000005

Търси се: Електрическо поле в точка P

решение:

E = F / Q

E = 0.05 нютона / 0.000005 кулона

E = 5 нютона / 0.0005 кулона

E = 10 000 Нютон/Кулон

E = 10⁴ ^Н /К

E = ^10⁴ NC ^-1

1. Какво е статичното електричество? ОтговорСтатичното електричество се отнася до натрупването на електрически заряд върху повърхността на обектите. Нарича се „статично“, защото зарядите остават на едно място, вместо да се движат или текат, както е при електричеството на тока.
2. Как се генерира статично електричество? ОтговорСтатичното електричество често се генерира чрез процеса на трибоелектрично зареждане, при който определени материали се зареждат, когато влязат в триещ контакт с различен материал. Триенето на балон в коса или ходенето по килим с обувки с гумена подметка може да доведе до натрупване на статични заряди.
3. Защо понякога получаваш шок, когато докоснеш дръжката на вратата, след като си ходил по килим? ОтговорХоденето по килим, особено в сухи условия, може да причини натрупване на статично електричество по тялото ви. Когато докоснете дръжка на врата или друг проводник, зарядите могат да се разредят бързо, което води до статичен ток.
4. Как влажността влияе на статичното електричество? ОтговорВлажността има тенденция да намалява натрупването на статично електричество. Водните молекули във въздуха могат да помогнат за разсейване на електрическите заряди. В по-сухи дни има по-голяма вероятност от натрупване на статично електричество и удари.
5. Защо някои материали са по-склонни да развиват статично електричество от други? ОтговорМатериалите се различават по способността си да задържат или пренасят електрони. Някои материали, като например каучук или някои пластмаси, са склонни да получават или губят електрони по-лесно от други, което ги прави по-склонни към натрупване на статично електричество.
6. Какъв е принципът на електроскопа? ОтговорЕлектроскопът е устройство, използвано за откриване на наличието на статично електричество. Обикновено се състои от метален прът, свързан с два тънки листа метално фолио. Когато зареден обект се доближи до пръта, листовете се раздалечават поради отблъскването на еднотипни заряди, което показва наличието на статично електричество.
7. Как заземяването елиминира статичните заряди? ОтговорЗаземяването осигурява път за преместване на излишния заряд към Земята, която е огромен резервоар от заряди. Когато статично зареден обект е заземен, допълнителните заряди се неутрализират, намалявайки или елиминирайки натрупването на статично електричество.
8. Защо може да видите искри в зърнен силоз или по време на зареждане на самолет с гориво и защо това е опасно? ОтговорДвижението или триенето на зърното в повърхности може да генерира статично електричество, същото важи и за потока на гориво. Ако има натрупване на статичен заряд, той може да се разреди като искра. В среди със запалими газове, прах или течности (като например в силоз за зърно или по време на зареждане с гориво в самолет), тези искри могат да запалят запалимия материал, което да доведе до експлозии.
9. Как действат антистатичните спрейове или продукти? ОтговорАнтистатичните спрейове и продукти обикновено съдържат вещества, които правят повърхностите леко проводими. По този начин те предотвратяват натрупването на статични заряди или спомагат за разсейването на натрупаните заряди.

10. Какво представлява трибоелектричната серия? Отговор : Трибоелектричната серия е списък, който класира материалите въз основа на склонността им да се зареждат положително или отрицателно при триене в друг материал. Материалите в горната част на списъка са склонни да се зареждат положително, докато тези в долната част са склонни да се зареждат отрицателно.