Statički elektricitet – problemi i rješenja

Statički elektricitet – problemi i rješenja

Električna sila

1. Tačka A u električnom polju . Veličina električnog polja u tački A = 0.5 NC ^-1 . Ako se naboj od 0.25 C postavi u tačku A, kolika je električna sila koja djeluje na naboj?

Poznato:

Električno polje u tački A = 0.5 NC ^-1

Električni naboj u tački A = 0.25 C

Traži se: Električna sila

Rešenje:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 °C ^-1 )

F = 0.125N

2. Dva naelektrisanja 5 C i 4 C su udaljena 3 metra. Ako je Coulombova konstanta 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2 , kolika je veličina električne sile koju osjećaju dva naelektrisanja?

Poznato:

Naboj 1 (q² ₎ = 5 C

Naboj 2 (q² ₎ = 4 C

Udaljenost između naboja 1 i naboja 2 (r) = 3 metra

Coulombova konstanta (k) = 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2

Traži se: Veličina električne sile (F)

Rešenje:

3. Električni naboj +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; i q3 _su razdvojeni, kao što je prikazano na slici ispod. Ako je električna sila koja djeluje na naboj q2 ₌ 0, koliki je onda naboj _q3?

Poznato:

Naboj 1 (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

Naboj 2 (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Traži se: Koliko je naelektrisanje q3_?

Rešenje:

_{Na + q²} djeluju dvije sile.

Prva sila je odbojna sila između naboja +q1 _i naboja +q2 _, odnosno F12 _, usmjerena udesno.

Ako neto električna sila djeluje na q² ₌ 0, onda q³ _mora biti negativno.

Druga sila je privlačna sila između naboja +q² _i -q³ _, odnosno F²³ _, usmjerena lijevo.

Obje ove sile djeluju na q² _, imaju istu magnitudu, ali suprotan smjer.

Rezultirajuća sila djeluje na +q² ₌ 0.

4. Tri naboja q1 _, q i q2 _su postavljena u liniji. Ako je q = 5.0 μC i d = 30 cm, koja je onda veličina i smjer električne sile koja djeluje na naboj q?

Poznato:

Naboj 1 (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

Naboj 2 (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Naboj 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Udaljenost između q1 _i q = d

Udaljenost između q² _i q = 2d

d = 30 cm = 0.3 metra

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Coulombova konstanta (k) = 9 x 10 ⁹ N m ² C ^-2

Traži se: Veličina i smjer električne sile koja djeluje na električni naboj

Rešenje:

Na q djeluju dvije sile, a to su F1 usmjerene _udesno (q i q1 _su pozitivne pa je F1 _usmjerena od q i q1 ₎ i F2 _usmjerene ulijevo (q i q2 _su pozitivne pa je F2 _usmjerena od q i q2 ₎ . Prvo su izračunati _F1 i _F2.

Neto sila je 7.5 Njutna. Smjer neto sile = smjer F₁, desna tačka za naboj q₂.

Električno polje

5. Tačkasto naelektrisanje q se nalazi u tački P u električnom polju koje proizvodi naelektrisanje (+), tako da na njega djeluje sila od 0.05 N u smjeru prema naelektrisanju. Ako je magnituda električnog polja u tački P 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , koja je onda magnituda i ^vrsta naelektrisanja koje uzrokuje električno polje?

Poznato:

Električna sila (F) = 0.05 N

^{Električno polje} (E) = 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ = 0.02 ^NC⁻¹

Traži se: Veličina i vrsta električnog naboja

Rešenje:

Električni naboj se izračunava pomoću formule koja izražava odnos između električne sile (F), električnog polja (E) i električnog naboja (q):

F = q E

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

Naelektrisanje q osjeća električnu silu u smjeru naelektrisanja (+) koja proizvodi električno polje, tako da je naelektrisanje q negativno.

6. Naboji A i B su udaljeni 4 metra. Tačka C se nalazi između oba naboja, 1 metar od tačke A. Ako je Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, kolika je onda jačina električnog polja u tački C koje proizvode oba naboja?

Poznato:

Udaljenost između naboja A i B (r _AB ) = 4 metra

Udaljenost između tačke C i naelektrisanja A (r _AC ) = 1 metar

Udaljenost između tačke C i naboja B (rBC ₎ = 3 metra

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

Naboj B (q _B ) = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁴ Kulona

Konstanta (k) = 9 × 109 ^N m² ^C – ²

Traži se: Električno polje u tački C

Rešenje:

Električno polje koje proizvodi naboj A u tački C:

Naboj A je negativan tako da smjer električnog polja pokazuje prema naboju A, a od naboja B (ulijevo).

Električno polje koje proizvodi naboj B u tački C:

Naboj B je pozitivan tako da je smjer električnog polja od naboja B i usmjeren prema naboju A (lijevo).

Rezultanta električnog polja u tački A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁶ ⁾ + (6 x ^10⁶ )

E = 33 x 10⁶ ^N /C

Smjer električnog polja pokazuje prema naboju A, a od naboja B (ulijevo).

7. Prašina mase 1 mg lebdi u zraku. Ako je naboj prašine 0.5 μC, a ubrzanje zbog gravitacije 10 m/s2, odredite jačinu električnog polja koje podržava prašinu.

Poznato:

Masa prašine (m) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

Naboj prašine (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Ubrzanje usljed gravitacije (g) = 10 m/ ^s²

Traži se: Električno polje

Rešenje:

w = mg

w = težina prašine, m = masa prašine, g = ubrzanje usljed gravitacije

Sila gravitacije djeluje na prašinu:

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

Jednačina električnog polja:

E = F/q

E = električno polje, F = električna sila, q = električni naboj

Zamijenite F u jednačini električnog polja sa w u jednačini težine:

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 N/C

8. Dva naboja q1 ₌ 32 μC i q2 ₌ -214 μC su razdvojena rastojanjem x, kao što je prikazano na slici ispod. Nema električnog polja u tački P koja se nalazi na udaljenosti od 10 cm od q2 _. Odredite x.

Poznato:

Naboj 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Naboj 2 (Q2 ₎ = -214 μC

Udaljenost tačke P od q ₁ = x + 10 cm

Udaljenost tačke P od q² ₌ 10 cm

Traži se: x

Rešenje:

E1 = električno _polje koje proizvodi naboj Q1 _. Smjer električnog polja je od Q1 _jer je Q1 _pozitivno . _E2 = električno polje koje proizvodi Q2 _. Smjer električnog polja pokazuje na Q2 _jer je Q2 _negativno.

Nema neto sile u tački p koja se nalazi na udaljenosti od 10 cm od _Q2

Koristite kvadratnu formulu:

9. Naelektrisana tačka q se nalazi u tački P u električnom polju koje proizvodi naelektrisanje (+), te stoga ima silu od 0.05 N. Ako je naelektrisanje +5 × l0 ^–6 Coulomb, kolika je onda jačina električnog polja u tački C?

Poznato:

Električna sila (F) = 0.05 Njutna

Električni naboj (Q) = +5 × l0 ^–6 Coulomb = 0.000005

Traži se: Električno polje u tački P

Rešenje:

E = F / Q

E = 0.05 Njutna / 0.000005 Kulona

E = 5 Njutna / 0.0005 Kulona

E = 10,000 Newton/Coulomb

E = 10⁴ ^N /C

E = ^10⁴ NC ^-1

1. Šta je statički elektricitet? odgovorStatički elektricitet se odnosi na nakupljanje električnog naboja na površini predmeta. Naziva se "statički" jer naboji ostaju na jednom mjestu, umjesto da se kreću ili teku kao kod struje.
2. Kako se stvara statički elektricitet? odgovorStatički elektricitet se često generira procesom triboelektričnog naboja, gdje se određeni materijali nabojavaju kada dođu u kontakt trenjem s drugim materijalom. Trljanje balona o kosu ili hodanje po tepihu u cipelama s gumenim đonom može dovesti do nakupljanja statičkog naboja.
3. Zašto ponekad osjetite šok kada dodirnete kvaku nakon što ste hodali po tepihu? odgovorHodanje po tepihu, posebno u suhim uslovima, može izazvati nakupljanje statičkog naboja na vašem tijelu. Kada dodirnete kvaku ili neki drugi provodnik, naboji se mogu brzo isprazniti, što rezultira statičkim udarom.
4. Kako vlažnost utiče na statički elektricitet? odgovorVlažnost zraka obično smanjuje nakupljanje statičkog elektriciteta. Molekule vode u zraku mogu pomoći u raspršivanju električnih naboja. U sušnijim danima postoji veća vjerovatnoća nakupljanja statičkog elektriciteta i udara.
5. Zašto su neki materijali skloniji razvoju statičkog naboja od drugih? odgovorMaterijali se razlikuju po svojoj sposobnosti zadržavanja ili prenosa elektrona. Neki materijali, poput gume ili određenih vrsta plastike, imaju tendenciju da lakše primaju ili gube elektrone od drugih, što ih čini sklonijima nakupljanju statičkog naboja.
6. Koji je princip iza elektroskopa? odgovorElektroskop je uređaj koji se koristi za detekciju prisustva statičkog naboja. Obično se sastoji od metalnog štapa spojenog na dva tanka lista metalne folije. Kada se nabijeni objekt približi štapu, listići se razmiču zbog odbijanja istovjetnih naboja, što ukazuje na prisustvo statičkog elektriciteta.
7. Kako uzemljenje eliminiše statički naboj? odgovorUzemljenje omogućava put za višak naelektrisanja prema Zemlji, koja je ogroman rezervoar naelektrisanja. Kada se statički naelektrisani objekat uzemlji, dodatni naelektrisanja se neutraliziraju, smanjujući ili eliminišući nakupljanje statičkog elektriciteta.
8. Zašto biste mogli vidjeti varnice u silosu za žito ili tokom punjenja aviona gorivom i zašto je to opasno? odgovorKretanje ili trljanje zrna o površine može generirati statički elektricitet, a isto važi i za protok goriva. Ako dođe do nakupljanja statičkog naboja, on se može isprazniti kao varnica. U okruženjima sa zapaljivim plinovima, prašinom ili tekućinama (kao što je silos za žito ili tokom punjenja aviona gorivom), ove varnice mogu zapaliti zapaljivi materijal, što dovodi do eksplozija.
9. Kako djeluju antistatički sprejevi ili proizvodi? odgovorAntistatički sprejevi i proizvodi obično sadrže supstance koje čine površine blago provodljivim. Na taj način sprečavaju nakupljanje statičkog naboja ili pomažu u raspršivanju bilo kakvog naboja koji se nakupi.

10. Šta je triboelektrična serija? Odgovor : Triboelektrična serija je lista koja rangira materijale na osnovu njihove sklonosti da postanu pozitivno ili negativno naelektrisani kada se trljaju o drugi materijal. Materijali na vrhu liste imaju tendenciju da postanu pozitivno naelektrisani, dok oni na dnu imaju tendenciju da postanu negativno naelektrisani.