Статично електричество – проблеми и решения

Статично електричество – проблеми и решения

Електрическа сила

1. Точка А в електрическо полеГолемината на електрическото поле в точка A = 0.5 NC^-1Ако в точка А се постави заряд от 0.25 C, тогава какъв е електрическа сила упражнено върху заряда.

Известни:

Електрическо поле в точка A = 0.5 NC^-1

Електрически заряд в точка A = 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 × 10⁹ Nm² C^-2, каква е големината на електрическата сила, изпитвана от два заряда?

Известни:

Заряд 1 (q₁) = 5°C

Заряд 2 (q₂) = 4°C

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

Константата на Кулон (k) = 9 × 10⁹ Nm² C^-2

Търси се: Големината на електрическата сила (F)

решение:

3. Електрически заряд +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 (q₁) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

Заряд 2 (q₂) = 20 μC = 20 x 10^-6 C

Търси се: Какъв е зарядът на q?₃

решение:

Върху +q действат две сили₂.

Първата сила е силата на отблъскване между заряд +q₁ и заряд +q₂ това е Ф₁₂, надясно.

Нетната електрическа сила действа върху q₂ = 0, тогава q₃ трябва да е отрицателно.

Втората сила е силата на привличане между заряд +q₂ и -q₃ това е Ф₂₃, наляво.

И двете сили действат върху q₂, имат еднаква величина, но обратна 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 (q₁) = 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

Константата на Кулон (k) = 9 x 10⁹ № м² C^-2

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

решение:

Върху q, т.е. F, действат две сили.₁ надясно (q и q₁ са положителни, така че F₁ далеч от q и q₁) и F₂ наляво (q и q₂ са положителни, така че F₂ далеч от q и q₂). Първо изчислено 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. Точка такса q е в точката P в електрическото поле произведени от заряда (+), така че да изпитва сила от 0.05 N в посока към заряда. Ако величината на електричеството област at точка P е 2 x 10^-2 NC^-1, тогава това, което е големината и видът на заряда, който причинява електрически поле.

Известни:

Електрическа сила (F) = 0.05 N

Електрическо поле (E) = 2 x 10 ^-2 NC ^-1 = 0.02 НЧ ^-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 ε₀ = 9 × 10⁹ № м² 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 метра

Разстояние между точка C и заряд B (r_BC) = 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 Кулон

Константа (k) = 9 × 10⁹ № м² C^-2

Търси се: Електрическо поле в точка C

решение:

Електрическо поле, създадено от заряд А в точка C:

Такса A е отрицателна, 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:

Е = Е_A + Е_B

E = (27 x 10⁵) + (6 х 10⁵)

E = 33 x 10⁵ N / C

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 кг)(10 м/с²) = 10 x 10^-6 кг м/с² = 10 х 10^-6 Нютон

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 10^-6 N) / (0.5 x 10^-6 C)

E = 10 N / 0,5°C

E = 20 Н/К

8. Два заряда q₁ = 32 μC и q₂ = -214 μC са разделени от разстояние x, както е показано на фигурата по-долу. Няма електрическо поле в точка P, разположена на 10 cm от q₂Намерете x.

Известни:

Заряд 1 (Q₁) = 32 μC

Заряд 2 (Q₂) = -214 μC

Разстояние на точка P от q₁ = x + 10 см

Разстоянието на точка P от q₂ = 10 см

Търси се: x

решение:

E₁ = електрическо поле, създадено от заряд Q₁Посоката на електрическото поле далеч от Q₁ защото Q₁ е положителен. E₂ = електрическо поле, създадено от Q₂Посоката 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 произведени от заряда (+), като по този начин 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 N / C

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? ОтговорТрибоелектричната 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.