Elektrilaengu ja elektrijõu valem

Näidisküsimused ja valemid elektrilaengu ja elektrijõu kohta

Elektrilaeng

1. Kaks identset laengut massiga m = 9√3 x 10^-4 kg riputatakse samasse punkti köie abil, mille pikkus on l = 1 meeter. Kui kahe laengu vahe on a = 1 meeter, siis on kummagi laengu suurus….

A. 4 mikrokuloni
B. 2 mikrokuloni
C. 1 mikrokulon
D. 0,5 mikrokuloni

Arutelu
On teada, et:
Kaks identset laengut tähendab kahte sarnast laengut, kus sarnased laengud tõukuvad üksteist.
Köie pikkus (l) = 1 meeter
Kahe laengu vaheline kaugus (r) = 1 meeter
Laengu mass (m) = 9√3 x 10^-4 kg
Raskuskiirendus (g) = 10 m/s²
Raskusjõud (w) = mg = (9√3 x 10^-4 kg)(10 m/s²) = 9√3 × 10^-3 Newton
Küsis Iga laengu suurus (q)
Vastus:

Pealkiri:
F = tõukejõud koormuste 1 ja 2 vahel
w₁ = Palli 1 gravitatsioon
w₂ = Palli 2 gravitatsioon
T₁ = Köie pingutusjõud 1
T_1x = Köie 1 tõmbejõu komponent x-teljel
T_1y = Köie 1 tõmbejõu komponent y-teljel
T₂ = Köie pingutusjõud 2
T_2x = Köie 2 tõmbejõu komponent x-teljel
T_2y = Köie 2 tõmbejõu komponent y-teljel
l₁ = köie pikkus 1
l_1x = stringi pikkuse komponent x-teljel
l_1y = stringi pikkuse komponent y-teljel

Arvutage cos θ väärtus:

Arvutage köie tõmbejõud (T₁):

Arvutage sin θ väärtus:

Arvutage köie tõmbejõu komponent x-teljel (T_1x):

Kaks palli on tasakaalus, nii et T_1x = F = 9 × 10^-3 Newton

Arvutage iga kuuli laeng Coulombi seaduse valemi abil:

Iga laengu suurus on 1 x 10^-6 Coulomb või 1 mikroCoulomb.
Õige vastus on C.

Objekti elektriliselt laetuks muutmine

1. Objektile elektrilaengu andmiseks on kaks võimalust:….
A. Hõõrdumine ja elektromagnetism
B. Induktsioon ja elektromagnetism
C. Hõõrumine ja induktsioon
D. Induktsioon ja magneetumine
Arutelu
Kaks viisi objektile elektrilaengu andmiseks on hõõrdumine ja induktsioon.
Hõõrumine on viis, kuidas anda esemele positiivne või negatiivne elektrilaeng, hõõrudes eset teise esemega, näiteks hõõrudes klaaspulka villaga või plastmassist kammi kuivade juustega. Hõõrdumise ajal liiguvad elektronid ühelt objektilt teisele, nii et ühel objektil on elektronide liig (prootonite puudumine) ja seejärel laetakse see negatiivselt ning teisel objektil on elektronide puudus (prootonite puudumine) ja seejärel laetakse see positiivselt.
Induktsioon on meetod, mille käigus laetud objekt viiakse neutraalse metallkuuli lähedale, kuid seda puudutamata. Laetaval objektil peavad olema vabad elektronid, kuna need vabad elektronid saavad elektrilaengu objekti poolt indutseerituna liikuda. Metallilistel objektidel on üldiselt vabad elektronid. Objekte, nagu klaas, plastik või puit, ei saa induktsiooni abil elektrilaenguks muuta, kuna neil objektidel pole vabu elektrone.
Õige vastus on C.

Elektrilaengu tüübid

2. Neli laetud objekti (P, Q, R ja S) käituvad järgmiselt. P ja Q tõukuvad üksteist, P ja R tõmbuvad üksteist, R ja S tõukuvad üksteist. Milline järgmistest väidetest on õige?
A. Kui P on negatiivselt laetud, siis on S negatiivselt laetud.
B. Kui Q on negatiivselt laetud, siis on S negatiivselt laetud.
C. Kui R on negatiivselt laetud, siis on P negatiivselt laetud
D. Kui S on negatiivselt laetud, siis P on positiivselt laetud.
Arutelu
P ja Q tõukuvad teineteist, kuna P-l ja Q-l on sama laeng.
P ja R tõmbuvad teineteisesse, seega on P-l ja R-l erinevad laengud
R ja S tõukuvad teineteist, seega on R-l ja S-l sama laeng.

Seega, kui P ja Q on positiivselt laetud, siis R ja S on negatiivselt laetud või kui P ja Q on negatiivselt laetud, siis R ja S on positiivselt laetud.
Õige vastus on D.

3. 2011. aasta riikliku loodusteaduste olümpiaadi küsimused Regency/Linna tasemel põhikoolidele nr 59
Objekti nimetatakse positiivselt laetuks, kui ...
A. Objekt saab prootoneid
B. Objekt vabastab prootoneid
C. Objektid võtavad vastu elektrone
D. Objektid vabastavad elektrone
Arutelu
Prootonid on positiivselt laetud, elektronid aga negatiivselt laetud. Prootonid asuvad aatomite keskel, takistades neil liikuda ühelt objektilt teisele. Elektronid seevastu asuvad aatomite pinnal, võimaldades neil liikuda ühelt objektilt teisele. Objektid laetakse elektriliselt kas elektronide vabastamise või elektronide vastuvõtmise teel. Kui objekt võtab vastu elektrone, on tal elektronide liig (prootonite puudus), mille tulemuseks on negatiivne laeng. Kui objekt vabastab elektrone, on tal elektronide liig (prootonite liig), mille tulemuseks on positiivne laeng.
Seega, tuginedes ülaltoodud küsimusele, öeldakse, et objektil on positiivne laeng, kui see vabastab elektrone.
Õige vastus on D.

Elektriline jõud

4. Kaks elektrilaengut Q-ga₁ ja Q₂ kaugusel R on tõukejõud 100 N. Kui kahe laengu vaheline kaugus väheneb 1/3-ni R, siis elektrilaengute tõukejõud muutub….
A. 33,33 N
B. 100 N
C. 300 N
D. 900 N
Arutelu
On teada, et:
Elektrilaeng 1 = Q₁
Elektrilaeng 2 = Q₂
Kahe laengu vaheline kaugus = R
Kahe laengu vaheline tõukejõud (F) = 100 njuutonit
Tõukejõud tähendab, et mõlemad elektrilaengud on sama tüüpi, mõlemad positiivsed või mõlemad negatiivsed.
Küsimus: Kui kahe laengu vaheline kaugus väheneb 1/3-ni R-st, siis elektrilaengu tõukejõud muutub...
Vastus:
Coulombi seaduse valem:
F = kQ₁ Q₂ / R₂
Oletame, et R = 1, siis Q väärtus₁.Q₂ saab arvutada:

Kui kahe laengu vaheline kaugus väheneb 1/3-ni R-st, siis elektrilaengu tõukejõud (F) muutub järgmiselt:

Õige vastus on D.

5. Punktlaeng Q₁ = +4e ja punktlaeng Q₂ = -3e hoitakse teineteisest 0,3 m kaugusel, nagu on näidatud alloleval joonisel. Nii et laengule Q mõjuv elektriline jõud₂ on null, punktlaeng Q₃ = +16e tuleks paigutada….
A. Q-st 0,3 m vasakul₁
B. Q-st 0,6 m paremal₁
C. Q-st 0,6 m paremal₂
D. Q-st 0,9 m vasakul₂
Arutelu
On teada, et:
Elektroni (-e) või prootoni (+e) laeng = 1,60 x 10^-19 Coulomb
Punktlaeng Q₁ = +4e
Punktlaeng Q₂ = -3e
Punktlaeng Q₃ = +16e
Punktlaengute vaheline kaugus Q₁ ja punktlaeng Q₂ = 0,3 meeter
Küsimus: Seega laengule Q mõjuv elektriline jõud₂ on null, punktlaeng Q₃ = +16e tuleks paigutada….
Vastus:
Laengute vaheline elektriline jõud Q₁ ja laadige Q₂ :

Laadimine Q₁ positiivne ja laetud Q₂ negatiivne, nii et elektrilise jõu F suund₁₂ vasakule (laengu Q suunas)₁).

Seega laengule Q mõjuv elektriline jõud₂ kui null, siis laengute vahelise elektrilise jõu suurus Q₂ ja laadige Q₃ (F₃₂) = laengute vahelise elektrilise jõu suurus Q₁ ja laadige Q₂ (F₁₂) ja suund F₃₂ peab olema F suunaga vastupidine₁₂Suund F₁₂ vasakule, seega suund F₃₂ peab minema paremale. Pea meeles Q-d₃ on positiivne ja Q₂ on negatiivne laeng, nii et F suund₃₂ paremale, siis laeng Q₃ tuleb paigutada Q-st paremale₂

Laengute vaheline kaugus Q₂ ja laadige Q₃ arvutatud Coulombi seaduse valemi abil:

Õige vastus on C.

Küsimuse allikas:

Põhikooli füüsika OSN küsimused