Electricitat estàtica: problemes i solucions
força elèctrica
1. Punt A en un camp elèctricLa magnitud del camp elèctric al punt A = 0.5 NC-1Si es col·loca una càrrega de 0.25 C al punt A, quina és la força elèctrica exercit sobre la càrrega.
Conegut:
Camp elèctric al punt A = 0.5 NC-1
Càrrega elèctrica al punt A = 0.25 °C
Volia: força elèctrica
Solució:
F = q E
F = (0.25 C)(0.5 NC-1)
F = 0.125N
2. Dues càrregues de 5 C i 4 C estan separades per una distància de 3 metres. Si la constant de Coulomb és 9 × 109 Nm2 C-2, quina és la magnitud de la força elèctrica experimentada per dues càrregues?
Conegut:
Càrrec 1 (q1) = 5 °C
Càrrec 2 (q2) = 4 °C
Distància entre la càrrega 1 i la càrrega 2 (r) = 3 metres
Constant de Coulomb (k) = 9 × 109 Nm2 C-2
Es busca: La magnitud de la força elèctrica (F)
Solució:
3. Càrrega elèctrica +q1 = 10 μC ; +q2 = 20 μC; i q3 estan separats, com es mostra a la figura següent. La força elèctrica exercida sobre la càrrega q2 = 0, aleshores quina és la càrrega de q3.
Conegut:
Càrrec 1 (q1) = 10 μC = 10 x 10-6 C
Càrrec 2 (q2) = 20 μC = 20 x 10-6 C
Es busca: Quina és la càrrega de q?3
Solució:
Hi ha dues forces que actuen sobre +q2.
La primera força és la força repulsiva entre la càrrega +q1 i càrrega +q2 això és F12, cap a la dreta.
La força elèctrica neta actua sobre q2 = 0 aleshores q3 ha de ser negatiu.
La segona força és la força atractiva entre la càrrega +q2 i -q3 això és F23, cap a l'esquerra.
Ambdues forces actuen sobre q2, tenen la mateixa magnitud però la direcció oposada.
La força neta actua sobre +q2 = 0.
4. Tres càrrecs q1, q i q2 estan en línia. Si q = 5.0 μC i d = 30 cm, quina és la magnitud i la direcció de la força elèctrica que actua sobre la càrrega q?
Conegut:
Càrrec 1 (q1) = 30 μC = 30 x 10-6 C
Càrrec 2 (q2) = 60 μC = 60 x 10-6 C
Càrrega 3 (q) = 5 μC = 5 x 10-6 C
Distància entre q1 i q = d
Distància entre q2 i q = 2d
d = 30 cm = 0.3 metres
d2 = (0.3)2 = 0.09
Constant de Coulomb (k) = 9 x 109 N m2 C-2
Es busca: La magnitud i la direcció de la força elèctrica actua sobre la càrrega elèctrica
Solució:
Hi ha dues forces que actuen sobre q, que és F1 cap a la dreta (q i q1 són positives, de manera que F1 lluny de q i q1) i F2 cap a l'esquerra (q i q2 són positives, de manera que F2 lluny de q i q2). Primera F calculada1 i F2.
La força neta és de 7.5 newtons. La direcció de la força neta = la direcció de F1, punt cap a la dreta a la càrrega q2.
Camp elèctric
5. Un punt càrrec q es troba al punt P del camp elèctric produït per la càrrega (+) de manera que experimenta una força de 0.05 N en la direcció cap a la càrrega. Si la magnitud de l'electricitat camp at el punt P és 2 x 10-2 NC-1, A continuació, el que és la magnitud i el tipus de càrrega que causa la elèctric camp.
Conegut:
Força elèctrica (F) = 0.05 N
Camp elèctric (E) = 2 x 10 -2 NC -1 = 0.02 NC -1
Volia: La magnitud i el tipus de càrrega elèctrica
Solució:
La càrrega elèctrica es calcula mitjançant una fórmula que expressa la relació entre la força elèctrica (F), el camp elèctric (E) i la càrrega elèctrica (q):
F = q E
q = F / E = 0.05 N / 0.02 NC -1 = 2.5 Coulombs
La càrrega q experimenta una força elèctrica en la direcció de la càrrega (+) que produeix un camp elèctric, de manera que la càrrega q és negativa.
6. Les càrregues A i B estan separades per una distància de 4 metres. El punt C es troba entre ambdues càrregues, a 1 metre del punt A. Si QA = –300 μC, QB = 600 μC. 1/4 π ε0 = 9 × 109 N m2 C– 2, aleshores quina és la magnitud del camp elèctric en el punt C produït per ambdues càrregues?
Conegut:
Distància entre les càrregues A i B (rAB) = 4 metres
Distància entre el punt C i la càrrega A (rAC) = 1 metres
Distància entre el punt C i la càrrega B (rBC) = 3 metres
Càrrega A (qA) = –300 μC = -300 x 10-6 C = -3 x 10-4 Coulomb
Càrrega B (qB) = 600 μC = 600 x 10-6 C = 6 x 10-4 Coulomb
Constant (k) = 9 × 109 N m2 C-2
Es busca: Camp elèctric al punt C
Solució:
Camp elèctric produït per la càrrega A al punt C:
Càrrec A és negativa de manera que la direcció del camp elèctric apunta cap a la càrrega A i en direcció contrària a la càrrega B (cap a l'esquerra).
El camp elèctric produït per la càrrega B al punt C:
La càrrega B és positiva, de manera que la direcció del camp elèctric s'oposa a la càrrega B i apunta cap a la càrrega A (cap a l'esquerra).
La resultant del camp elèctric al punt A:
E = EA +EB
E = (27 x 105) + (6 x 105)
E = 33 x 105 N / C
La direcció del camp elèctric apunta cap a la càrrega A i s'allunya de la càrrega B (cap a l'esquerra).
7. Una massa de pols d'1 mg sura a l'aire. Si la càrrega de la pols és de 0.5 μC i l'acceleració deguda a la gravetat és de 10 m/s2, determineu la magnitud del camp elèctric que suporta la pols.
Conegut:
Massa de pols (m) = 1 mg = 1 x 10-6 kg
Càrrega de pols (q) = 0.5 μC = 0.5 x 10-6 C
Acceleració deguda a la gravetat (g) = 10 m/s2
Es busca: Camp elèctric
Solució:
w = mg
w = pes de la pols, m = massa de la pols, g = acceleració deguda a la gravetat
La força de la gravetat actua sobre la pols:
w = mg = (1 x 10-6 kg) (10 m/s2) = 10 x 10-6 kg m/s2 = 10 x 10-6 Newton
L'equació del camp elèctric:
E = F/q
E = camp elèctric, F = força elèctrica, q = càrrega elèctrica
Substituïm F a l'equació del camp elèctric per w a l'equació del pes:
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. Dues càrregues q1 = 32 μC i q2 = -214 μC estan separats per una distància de x, tal com es mostra a la figura següent. No hi ha camp elèctric al punt P situat a 10 cm de q2Troba x.
Conegut:
Càrrec 1 (Q1) = 32 μC
Càrrec 2 (Q2) = -214 μC
Distància del punt P des de q1 = x + 10 cm
La distància del punt P a q2 = 10 cm
Volia: x
Solució:
E1 = camp elèctric produït per la càrrega Q1La direcció del camp elèctric allunyant-se de Q1 perquè Q1 és positiu. E2 = camp elèctric produït per Q2La direcció del camp elèctric apunta a Q2 perquè Q2 és negatiu.
Cap força neta al punt p situat a 10 cm de Q2
Utilitza la fórmula quadràtica:
9. Un punt carregat q es troba al punt P del camp elèctric produït per la càrrega (+), tenint així una força de 0.05 N. Si la càrrega és +5 × l0-6 Coulomb, quina és la magnitud del camp elèctric en el punt C?
Conegut:
Força elèctrica (F) = 0.05 Newtons
Càrrega elèctrica (Q) = +5 × l0-6 Coulomb = 0.000005
Es busca: Camp elèctric al punt P
Solució:
E = F / Q
E = 0.05 Newtons / 0.000005 Coulomb
E = 5 Newtons / 0.0005 Coulomb
E = 10,000 Newton/Coulomb
E = 104 N / C
E = 104 NC-1
- Què és l'electricitat estàtica? RespondreL'electricitat estàtica fa referència a l'acumulació de càrrega elèctrica a la superfície dels objectes. S'anomena "estàtica" perquè les càrregues romanen en una zona en lloc de moure's o fluir com en el corrent elèctric.
- Com es genera l'electricitat estàtica? RespondreL'electricitat estàtica sovint es genera mitjançant el procés de càrrega triboelèctrica, on certs materials es carreguen quan entren en contacte per fricció amb un material diferent. Fregar un globus contra els cabells o caminar per una catifa amb sabates de sola de goma pot provocar l'acumulació de càrregues estàtiques.
- Per què de vegades tens una sorpresa en tocar el pom d'una porta després de caminar sobre una catifa? RespondreCaminar sobre una catifa, sobretot en condicions seques, pot causar una acumulació de càrregues estàtiques al cos. Quan toqueu un pom de porta o un altre conductor, les càrregues es poden descarregar ràpidament, cosa que provoca una descàrrega estàtica.
- Com afecta la humitat a l'electricitat estàtica? RespondreLa humitat tendeix a reduir l'acumulació d'electricitat estàtica. Les molècules d'aigua de l'aire poden ajudar a dissipar les càrregues elèctriques. En dies més secs, hi ha una major probabilitat de patir acumulacions d'electricitat estàtica i descàrregues.
- Per què alguns materials són més propensos a desenvolupar una càrrega estàtica que d'altres? RespondreEls materials difereixen en la seva capacitat per retenir o transferir electrons. Alguns materials, com el cautxú o certs plàstics, tendeixen a guanyar o perdre electrons més fàcilment que d'altres, cosa que els fa més propensos a l'acumulació de càrrega estàtica.
- Quin és el principi que regeix un electroscopi? RespondreUn electroscopi és un dispositiu que s'utilitza per detectar la presència d'una càrrega estàtica. Normalment consisteix en una vareta metàl·lica connectada a dues làmines primes de paper d'alumini. Quan s'acosta un objecte carregat a la vareta, les làmines s'allunyen a causa de la repulsió de càrregues similars, cosa que indica la presència d'electricitat estàtica.
- Com elimina la connexió a terra les càrregues estàtiques? RespondreLa connexió a terra proporciona un camí perquè l'excés de càrrega es mogui cap a la Terra, que és un gran reservori de càrregues. Quan un objecte carregat estàticament es connecta a terra, les càrregues addicionals es neutralitzen, reduint o eliminant l'acumulació d'electricitat estàtica.
- Per què es poden veure espurnes en un sitja de gra o durant el reabastecimiento de combustible d'un avió, i per què és perillós? RespondreEl moviment o el fregament del gra contra les superfícies poden generar electricitat estàtica, i el mateix passa amb el flux de combustible. Si hi ha una acumulació de càrrega estàtica, es pot descarregar com una espurna. En entorns amb gasos, pols o líquids inflamables (com ara en un sitja de gra o durant el reabastecimiento de combustible d'un avió), aquestes espurnes poden encendre el material inflamable, provocant explosions.
- Com funcionen els esprais o productes antiestàtics? RespondreEls esprais i productes antiestàtics solen contenir substàncies que fan que les superfícies siguin lleugerament conductores. En fer-ho, eviten l'acumulació de càrregues estàtiques o ajuden a dissipar les càrregues que s'acumulin.
-
Què és la sèrie triboelèctrica? RespondreLa sèrie triboelèctrica és una llista que classifica els materials segons la seva tendència a carregar-se positivament o negativament quan es freguen contra un altre material. Els materials que es troben a la part superior de la llista tendeixen a carregar-se positivament, mentre que els que es troben a la part inferior tendeixen a carregar-se negativament.
