Staattinen sähkö – ongelmat ja ratkaisut

Staattinen sähkö – ongelmat ja ratkaisut

Sähkövoima

1. Piste A sähkökentässä . Sähkökentän voimakkuus pisteessä A = 0.5 NC ^-1 . Jos pisteeseen A asetetaan 0.25 C:n varaus, niin mikä on varaukseen kohdistuva sähkövoima ?

Tunnettu:

Sähkökenttä pisteessä A = 0.5 NC ^-1

Sähkövaraus pisteessä A = 0.25 C

Etsitään: Sähkövoimaa

ratkaisu:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 °C ^-1 )

F = 0.125 N

2. Kahden varauksen, 5 C ja 4 C, välinen etäisyys on 3 metriä. Jos Coulombin vakio on 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2 , mikä on kahden varauksen kokeman sähkövoiman suuruus?

Tunnettu:

Varaus 1 (q² ₎ = 5 C

Varaus 2 (q² ₎ = 4 C

Varauksen 1 ja varauksen 2 välinen etäisyys (r) = 3 metriä

Coulombin vakio (k) = ⁹ × ^10⁻⁹ Nm² ^C⁻²

Etsitään: Sähkövoiman suuruus (F)

ratkaisu:

3. Sähkövaraus +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; ja q3 _{ovat erillään, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Jos varaukseen q2} = 0 kohdistuva sähkövoima on _q3 :n varaus, niin mikä on sen varaus?

Tunnettu:

Varaus 1 (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

Varaus 2 (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Etsitään: Mikä on q ₃ :n varaus?

ratkaisu:

Kaksi voimaa vaikuttaa +q _{2 :een}.

Ensimmäinen voima on varauksen +q⁻¹ ja varauksen +q₂ välinen hylkivä voima _eli F⁻² _, oikealle _suuntautuva.

Jos sähköinen nettovoima vaikuttaa q² ₌ 0, niin q³ _:n täytyy olla negatiivinen.

_{Toinen voima on varausten + q²} ja -q³ _välinen vetovoima eli F23 _, vasemmalle.

Molemmat voimat vaikuttavat q2 _:een , ovat suuruudeltaan samansuuruisia, mutta vastakkaisiin suuntiin.

Nettovoima vaikuttaa kohtaan +q ₂ = 0.

4. Kolme varausta q1 _, q ja q2 _ovat samalla suoralla. Jos q = 5.0 μC ja d = 30 cm, mikä on varaukseen q vaikuttavan sähkövoiman suuruus ja suunta?

Tunnettu:

Varaus 1 (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

Varaus 2 (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Varaus 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Etäisyys q _1:n ja q = d:n välillä

Etäisyys q² _:n ja q = 2d:n välillä

d = 30 cm = 0.3 metriä

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Coulombin vakio (k) = 9 ^{x 10⁻⁹} N ^m² C⁻²

Etsitään: Sähkövaraukseen vaikuttavan sähkövoiman suuruus ja suunta

ratkaisu:

Suvaimeen q vaikuttaa kaksi voimaa: F1 _oikealle (q ja q1 _ovat positiivisia, joten F1 _on poispäin q:sta ja q1 _:stä ) ja F2 _vasemmalle (q ja q2 _ovat positiivisia, joten F2 _on poispäin q:sta ja q2 _:sta ). Ensin laskettiin _F1 ja _F2.

Nettovoima on 7.5 Newtonia. Nettovoiman suunta = F:n suunta.₁, oikealle osoittava piste varaukseen q₂.

Sähkökenttä

5. Pistevaraus q on pisteessä P varauksen (+) tuottamassa sähkökentässä siten , että siihen vaikuttaa 0.05 N ^: n voima varausta kohti. Jos sähkökentän suuruus pisteessä P on 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , niin mikä on sähkökentän aiheuttavan varauksen suuruus ja tyyppi?

Tunnettu:

Sähkövoima (F) = 0.05 N

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

Etsitään: Sähkövarauksen suuruus ja tyyppi

ratkaisu:

Sähkövaraus lasketaan kaavalla, joka ilmaisee sähkövoiman (F), sähkökentän (E) ja sähkövarauksen (q) välisen suhteen:

F = q E

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

Varaukseen q vaikuttaa varauksen suuntaan (+) suuntautuva sähkövoima, joka tuottaa sähkökentän, joten varaus q on negatiivinen.

6. Varaukset A ja B ovat 4 metrin etäisyydellä toisistaan. Piste C on molempien varausten välissä, 1 metrin päässä pisteestä A. Jos Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, niin mikä on molempien varausten tuottaman sähkökentän suuruus pisteessä C?

Tunnettu:

Varausten A ja B välinen etäisyys (r _AB ) = 4 metriä

Pisteen C ja varauksen A välinen etäisyys (r _AC ) = 1 metri

Pisteen C ja varauksen B välinen etäisyys (r _BC ) = 3 metriä

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

Varaus B (q _B ) = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁴ Coulombia

Vakio ( k) = 9 × ^{10⁻⁹ N⁻⁹} m⁻² ^C⁻²

Etsitään: Sähkökenttä pisteessä C

ratkaisu:

Varauksen A pisteessä C tuottama sähkökenttä:

Varaus A on negatiivinen, joten sähkökentän suunta osoittaa varaukseen A ja poispäin varauksesta B (vasemmalle).

Varauksen B tuottama sähkökenttä pisteessä C:

Varaus B on positiivinen, joten sähkökentän suunta on poispäin varauksesta B ja osoittaa varaukseen A (vasemmalle).

Sähkökentän resultantti pisteessä A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁻¹ ⁾ + (6 x ^10⁻¹ )

E = 33 x 10⁻⁶ ^N /C

Sähkökentän suunta osoittaa varaukseen A ja poispäin varauksesta B (vasemmalle).

7. Ilmassa leijuu 1 mg:n pölyhiukkanen. Jos pölyn varaus on 0.5 μC ja painovoimakiihtyvyys on 10 m/s2, määritä pölyä tukevan sähkökentän suuruus.

Tunnettu:

Pölyn massa (m) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

Pölyn varaus (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Painovoiman kiihtyvyys (g) = 10 m/ ^s²

Etsitään: Sähkökenttä

ratkaisu:

w = mg

w = pölyn paino, m = pölyn massa, g = painovoiman kiihtyvyys

Painovoima vaikuttaa pölyyn:

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

Sähkökentän yhtälö:

E = F/q

E = sähkökenttä, F = sähkövoima, q = sähkövaraus

Sijoita sähkökentän yhtälöön F painoyhtälöön w:llä:

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. Kaksi varausta q1 ₌ 32 μC ja q2 ₌ -214 μC ovat etäisyydellä x toisistaan, kuten alla olevassa kuvassa on esitetty. Pisteessä P, joka sijaitsee 10 cm:n etäisyydellä q2:sta, ei ole sähkökenttää _. Etsi x.

Tunnettu:

Varaus 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Varaus 2 (Q2 ₎ = -214 μC

Pisteen P etäisyys q:sta ₁ = x + 10 cm

Pisteen P etäisyys q² : _stä = 10 cm

Etsitään: x

ratkaisu:

E1 = varauksen _Q1 tuottama sähkökenttä . Sähkökentän suunta on poispäin Q1 _{:stä, koska} Q1 _on positiivinen. _{E2 = Q2:} n tuottama sähkökenttä . Sähkökentän suunta osoittaa Q2 _:een, koska Q2 _on negatiivinen.

Ei nettovoimaa pisteessä p, joka sijaitsee 10 cm:n etäisyydellä Q2 _{: sta}

Käytä toisen asteen kaavaa:

9. Varattu piste q on pisteessä P varauksen (+) tuottamassa sähkökentässä , joten siihen kohdistuu 0.05 N:n voima. Jos varaus on +5 × l0 ^–6 Coulombia, niin mikä on sähkökentän suuruus pisteessä C?

Tunnettu:

Sähkövoima (F) = 0.05 Newtonia

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

Etsitään: Sähkökenttä pisteessä P

ratkaisu:

E = F / Q

E = 0.05 Newtonia / 0.000005 Coulombia

E = 5 Newtonia / 0.0005 Coulombia

E = 10 000 Newtonia/Coulomb

E = 10 ⁴ N/C

E = 10 ⁴ NC ^-1

1. Mikä on staattinen sähkö? VastausStaattinen sähkö: Staattinen sähkö viittaa sähkövarauksen kertymiseen esineiden pinnalle. Sitä kutsutaan "staattiseksi", koska varaukset pysyvät yhdessä kohdassa sen sijaan, että liikkuisivat tai virtaisivat kuten sähkövirrassa.
2. Miten staattinen sähkö syntyy? VastausStaattinen sähkö syntyy usein triboelektrisen varauksen kautta, jossa tietyt materiaalit varautuvat, kun ne joutuvat kitkakosketukseen toisen materiaalin kanssa. Ilmapallon hankaaminen hiuksiin tai maton yli käveleminen kumipohjaisissa kengissä voi johtaa staattisten varausten kertymiseen.
3. Miksi joskus saat sähköiskun koskettaessasi ovenkahvaa käveltyäsi matolla? VastausMatolla käveleminen, erityisesti kuivissa olosuhteissa, voi aiheuttaa staattisten varausten kertymistä kehoosi. Kun kosket ovenkahvaan tai muuhun johtimeen, varaukset voivat purkautua nopeasti, mikä johtaa staattiseen sähköiskuun.
4. Miten kosteus vaikuttaa staattiseen sähköön? VastausKosteus yleensä vähentää staattisen sähkön kertymistä. Ilman vesimolekyylit voivat auttaa sähkövarausten purkamisessa. Kuivempina päivinä staattisen sähkön kertymisen ja sähköiskujen todennäköisyys on suurempi.
5. Miksi jotkut materiaalit ovat alttiimpia staattisen sähkön kehittymiselle kuin toiset? VastausMateriaalit eroavat toisistaan ​​kyvyssään pidättää tai siirtää elektroneja. Jotkut materiaalit, kuten kumi tai tietyt muovit, ottavat vastaan ​​tai menettävät elektroneja helpommin kuin toiset, mikä tekee niistä alttiimpia staattisen varauksen kertymiselle.
6. Mikä on elektroskoopin toimintaperiaate? VastausElektroskooppi on laite, jota käytetään staattisen varauksen havaitsemiseen. Se koostuu tyypillisesti metallitangosta, joka on yhdistetty kahteen ohueen metallifoliolehteen. Kun varattu esine tuodaan tangon lähelle, lehdet liikkuvat erilleen samanlaisten varausten hylkimisen vuoksi, mikä osoittaa staattisen sähkön läsnäoloa.
7. Miten maadoitus poistaa staattiset varaukset? VastausMaadoitus tarjoaa reitin ylimääräiselle varaukselle siirtyä maahan, joka on valtava varausreservoiri. Kun staattisesti varautunut kappale maadoitetaan, ylimääräiset varaukset neutraloidaan, mikä vähentää tai poistaa staattisen sähkön kertymisen.
8. Miksi viljasiilossa tai lentokoneen tankkauksen aikana saattaa nähdä kipinöitä, ja miksi se on vaarallista? VastausViljan liikkuminen tai hankautuminen pintoja vasten voi tuottaa staattista sähköä, ja sama pätee polttoaineen virtaukseen. Jos staattista varausta kertyy, se voi purkautua kipinänä. Ympäristöissä, joissa on syttyviä kaasuja, pölyä tai nesteitä (kuten viljasiilossa tai lentokoneiden tankkauksen aikana), nämä kipinät voivat sytyttää syttyvän materiaalin ja johtaa räjähdyksiin.
9. Miten antistaattiset suihkeet tai tuotteet toimivat? VastausAntistaattiset suihkeet ja tuotteet sisältävät tyypillisesti aineita, jotka tekevät pinnoista hieman johtavia. Tällä tavoin ne estävät staattisten varausten muodostumisen tai auttavat purkamaan kertyneitä varauksia.

10. Mikä on triboelektrinen sarja? Vastaus : Triboelektrinen sarja on lista, joka luokittelee materiaalit sen perusteella, miten ne varautuvat positiivisesti tai negatiivisesti, kun niitä hankataan toista materiaalia vasten. Listan kärjessä olevat materiaalit varautuvat yleensä positiivisesti, kun taas viimeiset materiaalit varautuvat yleensä negatiivisesti.