Staatiline elekter – probleemid ja lahendused

Staatiline elekter – probleemid ja lahendused

Elektriline jõud

1. Punkt A elektriväliElektrivälja tugevus punktis A = 0.5 NC^-1Kui punkti A asetatakse 0.25-C laeng, siis milline on elektriline jõud süüdistusele avaldatud.

Tuntud:

Elektriväli punktis A = 0.5 NC^-1

Elektrilaeng punktis A = 0.25 °C

Otsitud: Elektriline jõud

lahendus:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 NC^-1)

F = 0.125 N

2. Kahte laengut 5 C ja 4 C lahutab teineteisest 3 meetri kaugus. Kui Coulombi konstant on 9 × 10⁹ Nm² C^-2, kui suur on kahe laengu vahel mõjuv elektriline jõud?

Tuntud:

Laeng 1 (q₁) = 5 °C

Laeng 2 (q₂) = 4 °C

Laengu 1 ja laengu 2 vaheline kaugus (r) = 3 meetrit

Coulombi konstant (k) = 9 × 10⁹ Nm² C^-2

Otsitakse: Elektrilise jõu suurus (F)

lahendus:

3. Elektrilaeng +q₁ = 10 μC; +q₂ = 20 μC ja q₃ on eraldatud, nagu on näidatud alloleval joonisel. Laengule q mõjuv elektriline jõud₂ = 0, siis milline on q laeng?₃.

Tuntud:

Laeng 1 (q₁) = 10 μC = 10 × 10^-6 C

Laeng 2 (q₂) = 20 μC = 20 × 10^-6 C

Otsitakse: Milline on q laeng?₃

lahendus:

+q-le mõjuvad kaks jõudu₂.

Esimene jõud on tõukejõud laengu ja q vahel.₁ ja laeng +q₂ see on F₁₂, paremale.

Summaarne elektriline jõud mõjub q-le₂ = 0, siis q₃ peab olema negatiivne.

Teine jõud on tõmbejõud laengu ja q vahel.₂ ja -q₃ see on F₂₃, vasakule.

Mõlemad jõud mõjuvad q-le₂, on sama suurusjärguga, aga vastupidises suunas.

Netojõud mõjub +q-le₂ = 0.

4. Kolm laengut q₁, q ja q₂ on ühel sirgel. Kui q = 5.0 μC ja d = 30 cm, siis milline on laengule q mõjuva elektrilise jõu suurus ja suund?

Tuntud:

Laeng 1 (q₁) = 30 μC = 30 × 10^-6 C

Laeng 2 (q₂) = 60 μC = 60 × 10^-6 C

Laeng 3 (q) = 5 μC = 5 x 10^-6 C

Kaugus q vahel₁ ja q = d

Kaugus q vahel₂ ja q = 2d

d = 30 cm = 0.3 meetrit

d² = (0.3)² = 0.09

Coulombi konstant (k) = 9 x 10⁹ nr m² C^-2

Otsitakse: Elektrilaengut mõjutava elektrijõu suurus ja suund

lahendus:

Q-le mõjuvad kaks jõudu, mis on F₁ paremale (q ja q₁ on positiivsed, seega F₁ eemal q-st ja q-st₁) ja F₂ vasakule (q ja q₂ on positiivsed, seega F₂ eemal q-st ja q-st₂). Esmalt arvutatud F₁ ja F₂.

Netojõud on 7.5 njuutonit. Netojõu suund = F suund.₁, paremale suunatud punkt laengu q suunas₂.

Elektriväli

5. punkti tasu q asub elektrivälja punktis P valmistatud laengu (+) poolt nii, et see kogeb laengu suunas 0.05 N jõudu. Kui elektrilise jõu suurusjärk väli at punkt P on 2 x 10^-2 NC^-1, Siis mis on laengu suurus ja tüüp, mis seda põhjustab elektri- valdkonnas.

Tuntud:

Elektriline jõud (F) = 0.05 N

Elektriväli (E) = 2 x 10 ^-2 NC ^-1 = 0.02 NC ^-1

Otsitud: Elektrilaengu suurus ja tüüp

lahendus:

Elektrilaeng arvutatakse valemi abil, mis väljendab elektrijõu (F), elektrivälja (E) ja elektrilaengu (q) vahelist seost:

F = q E

q = F / E = 0.05 N / 0.02 NC ^-1 = 2.5 kulonit

Laeng q kogeb elektrilist jõudu laengu suunas (+), mis tekitab elektrivälja, seega on laeng q negatiivne.

6. Laengud A ja B asuvad teineteisest 4 meetri kaugusel. Punkt C asub mõlema laengu vahel, punktist A 1 meetri kaugusel. Kui Q_A = –300 μC, Q_B = 600 μC. 1/4 πε₀ = 9 × 10⁹ nr m² C–2, siis milline on mõlema laengu poolt tekitatud elektrivälja suurus punktis C?

Tuntud:

Laengute A ja B vaheline kaugus (r_AB) = 4 meetrit

Punkti C ja laengu A vaheline kaugus (r_AC) = 1 meetrit

Punkti C ja laengu B vaheline kaugus (r_BC) = 3 meetrit

Laeng A (q_A) = –300 μC = -300 × 10^-6 C = -3 × 10^-4 Coulomb

Laeng B (q_B) = 600 μC = 600 × 10^-6 C = 6 × 10^-4 Coulomb

Konstant (k) = 9 × 10⁹ nr m² C^-2

Otsitakse: Elektriväli punktis C

lahendus:

Laengu A tekitatud elektriväli punktis C:

tasu A on negatiivne, nii et elektrivälja suund on suunatud laengu A poole ja laengust B eemale (vasakule).

Laengu B tekitatud elektriväli punktis C:

Laeng B on positiivne, nii et elektrivälja suund on laengust B eemale ja osutab laengu A poole (vasakule).

Elektrivälja resultant punktis A:

E = E_A + E_B

E = (27 x 10⁵) + (6 x 10⁵)

E = 33 x 10⁵ N / C

Elektrivälja suund on suunatud laengu A poole ja laengust B eemale (vasakule).

7. Õhus hõljub 1 mg tolmuosake. Kui tolmu laeng on 0.5 μC ja raskuskiirendus on 10 m/s2, siis määra tolmu toetava elektrivälja suurus.

Tuntud:

Tolmu mass (m³) = 1 mg = 1 x 10^-6 kg

Tolmu laeng (q) = 0.5 μC = 0.5 x 10^-6 C

Raskuskiirendus (g) = 10 m/s²

Otsitakse: Elektriväli

lahendus:

w = mg

w = tolmu kaal, m = tolmu mass, g = raskuskiirendus

Raskusjõud mõjub tolmule:

w = mg = (1 x 10^-6 kg)(10 m/s²) = 10 × 10^-6 kg m/s² = 10 x 10^-6 Newton

Elektrivälja võrrand:

E = F/q

E = elektriväli, F = elektrijõud, q = elektrilaeng

Asendage elektrivälja võrrandis F kaalu võrrandis w-ga:

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 °C

8. Kaks laengut q₁ = 32 μC ja q₂ = -214 μC on üksteisest eraldatud x võrra, nagu on näidatud alloleval joonisel. Punktis P, mis asub 10 cm kaugusel q-st, puudub elektriväli.₂Leia x.

Tuntud:

Laeng 1 (Q₁) = 32 μC

Laeng 2 (Q₂) = -214 μC

Punkti P kaugus q-st₁ = x + 10 cm

Punkti P kaugus q-st₂ = 10 cm

Otsitud: x

lahendus:

E₁ = laengu Q tekitatud elektriväli₁Elektrivälja suund Q-st eemale₁ sest Q₁ on positiivne. E₂ = Q tekitatud elektriväli₂Elektrivälja suund osutab Q-le.₂ sest Q₂ on negatiivne.

Punktis p, mis asub Q-st 10 cm kaugusel, puudub netojõud₂

Kasutage ruutvõrrandi valemit:

9. Laetud punkt q asub elektriväljas punktis P. valmistatud laengu (+) abil, mille jõud on seega 0.05 N. Kui laeng on +5 × l0^-6 Coulomb, siis milline on elektrivälja suurus punktis C?

Tuntud:

Elektriline jõud (F) = 0.05 njuutonit

Elektrilaeng (Q) = +5 × l0^-6 Coulombi = 0.000005

Otsitakse: Elektriväli punktis P

lahendus:

E = F / Q

E = 0.05 njuutonit / 0.000005 kulonit

E = 5 njuutonit / 0.0005 kulonit

E = 10 000 njuutonit/kulonit

E = 10⁴ N / C

E = 10⁴ NC^-1

1. Mis on staatiline elekter? VastusStaatiline elekter viitab elektrilaengu kogunemisele esemete pinnale. Seda nimetatakse staatiliseks, kuna laengud püsivad ühes kohas, selle asemel et liikuda või voolata nagu voolu elektris.
2. Kuidas staatiline elekter tekib? VastusStaatiline elekter tekib sageli triboelektrilise laadimise protsessi käigus, kus teatud materjalid laetakse, kui nad puutuvad hõõrdumise teel kokku teise materjaliga. Õhupalli hõõrumine juuste vastu või kummist tallaga kingadega vaibal kõndimine võib põhjustada staatiliste laengute kogunemist.
3. Miks tekib pärast vaibal kõndimist ukselingi puudutamisel vahel šokk? VastusVaibal kõndimine, eriti kuivades tingimustes, võib teie kehale staatiliste laengute kogunemist põhjustada. Ukselingi või muu juhi puudutamisel võivad laengud kiiresti tühjeneda, põhjustades staatilise šoki.
4. Kuidas niiskus mõjutab staatilist elektrit? VastusNiiskus kipub vähendama staatilise elektri kogunemist. Õhus olevad veemolekulid aitavad elektrilaenguid hajutada. Kuivematel päevadel on suurem tõenäosus staatilise elektri kogunemiseks ja elektrilöökide tekkeks.
5. Miks on mõned materjalid staatilise laengu tekke suhtes altimad kui teised? VastusMaterjalid erinevad oma võime poolest elektrone hoida või üle kanda. Mõned materjalid, näiteks kumm või teatud plastid, kipuvad elektrone kergemini vastu võtma või kaotama kui teised, mistõttu on nad altimad staatilise laengu kogunemisele.
6. Mis on elektroskoobi põhimõte? VastusElektroskoop on seade, mida kasutatakse staatilise laengu olemasolu tuvastamiseks. Tavaliselt koosneb see metallvardast, mis on ühendatud kahe õhukese metallfooliumilehega. Kui laetud objekt tuuakse varda lähedale, liiguvad lehed sarnaste laengute tõukumise tõttu teineteisest lahku, mis näitab staatilise elektri olemasolu.
7. Kuidas maandus staatilised laengud kõrvaldab? VastusMaandus annab tee liigsele laengule liikuda Maale, mis on tohutu laengute reservuaar. Kui staatiliselt laetud objekt maandatakse, neutraliseeritakse lisalaengud, vähendades või kõrvaldades staatilise elektri kogunemise.
8. Miks võib viljasilos või lennuki tankimise ajal näha sädemeid ja miks see on ohtlik? VastusLiikuv või pindade vastu hõõrduv vili võib tekitada staatilist elektrit ja sama kehtib ka kütusevoolu kohta. Staatilise laengu tekkimisel võib see sädemena vabaneda. Tuleohtlike gaaside, tolmu või vedelikega keskkondades (näiteks viljasilos või lennuki tankimisel) võivad need sädemed süttida tuleohtliku materjali, mis viib plahvatusteni.
9. Kuidas antistaatilised pihustid või tooted toimivad? VastusAntistaatilised pihustid ja tooted sisaldavad tavaliselt aineid, mis muudavad pinnad kergelt juhtivaks. Nii takistavad nad staatiliste laengute tekkimist või aitavad hajutada juba tekkinud laenguid.

10. Mis on triboelektriline rida? VastusTriboelektriline seeria on loend, mis järjestab materjale vastavalt nende kalduvusele teise materjali vastu hõõrudes positiivselt või negatiivselt laetuda. Loendi ülaosas olevad materjalid kipuvad laetud olema positiivselt, alumised aga negatiivselt laetud.