Electricidade estática: problemas e solucións

Electricidade estática: problemas e solucións

forza eléctrica

1. Punto A nun campo eléctrico . A magnitude do campo eléctrico no punto A = 0.5 NC ^-1 . Se se coloca unha carga de 0.25 C no punto A, cal é a forza eléctrica exercida sobre a carga?

Coñecido:

Campo eléctrico no punto A = 0.5 NC ^-1

Carga eléctrica no punto A = 0.25 C

Buscase: Forza eléctrica

Solución:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 NC ^-1 )

F = 0.125 N

2. Dúas cargas de 5 C e 4 C están separadas por unha distancia de 3 metros. Se a constante de Coulomb é 9 × 10 9 Nm² C ^–2 , ^{cal é} a magnitude da forza eléctrica experimentada por dúas cargas?

Coñecido:

Carga 1 (q² ₎ = 5 C

Carga 2 (q² ₎ = 4 C

Distancia entre a carga 1 e a carga 2 (r) = 3 metros

Constante de Coulomb (k) = 9 × ¹⁰⁹ Nm² C ^{– 2}

Buscase: A magnitude da forza eléctrica (F)

Solución:

3. A carga eléctrica +q1 ₌ 10 μC; + _q2 = 20 μC; e q3 _están separadas, como se mostra na figura seguinte. Se a forza eléctrica exercida sobre a carga q2 ₌ 0, cal é a carga de _q3?

Coñecido:

Carga 1 (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

Carga 2 (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Buscase: Cal é a carga de q3_?

Solución:

Hai dúas forzas que actúan sobre + _q².

A primeira forza é a forza repulsiva entre a carga +q1 _e a carga +q2 _, que é F12 _, cara á dereita.

Se a forza eléctrica neta actúa sobre q2 ₌ 0, entón q3 _debe ser negativo.

A segunda forza é a forza atractiva entre a carga +q2 _e -q3 _, que é F23 _, cara á esquerda.

Ambas as forzas actúan sobre q2 _, teñen a mesma magnitude pero dirección oposta.

A forza neta actúa sobre +q² ₌ 0.

4. Tres cargas _q₁ , q e q₂ _están aliñadas. Se q = 5.0 μC e d = 30 cm, cal é a magnitude e a dirección da forza eléctrica que actúa sobre a carga q?

Coñecido:

Carga 1 (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

Carga 2 (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Carga 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Distancia entre q1 _e q = d

Distancia entre q² _e q = 2d

d = 30 cm = 0.3 metros

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Constante de Coulomb (k) = 9 x ¹⁰⁹ N ^m² C ^-2

Buscase: a magnitude e a dirección da forza eléctrica que actúa sobre a carga eléctrica

Solución:

Hai dúas forzas que actúan sobre q que son F1 _cara á dereita (q e q1 _son positivos, polo que F1 _está lonxe de q e _q1 ) e F2 _cara á esquerda (q e q2 _son positivos, polo que F2 _está lonxe de q e q2 ₎ . Primeiro calculáronse _F1 e _F2.

A forza neta é de 7.5 newtons. A dirección da forza neta = a dirección de F₁, punto cara á dereita para a carga q₂.

Campo eléctrico

5. Unha carga puntual q está no punto P no campo eléctrico producido pola carga (+), de xeito que experimenta unha forza de 0.05 N na dirección cara á carga. Se a magnitude do campo eléctrico no punto P é 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , cal é a magnitude e o tipo de carga que causa o ^campo eléctrico?

Coñecido:

Forza eléctrica (F) = 0.05 N

Campo eléctrico (E) = 2 x 10 ^–2 NC ^–1 = 0.02 NC ^–1

Buscase: A magnitude e o tipo de carga eléctrica

Solución:

A carga eléctrica calcúlase mediante unha fórmula que expresa a relación entre a forza eléctrica (F), o campo eléctrico (E) e a carga eléctrica (q):

F = q E

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

A carga q experimenta unha forza eléctrica na dirección da carga (+) que produce un campo eléctrico, polo que a carga q é negativa.

6. As cargas A e B están separadas por unha distancia de 4 metros. O punto C está entre ambas as cargas, a 1 metro do punto A. Se Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m² ^C– 2, cal é a magnitude do campo eléctrico no punto C producido por ambas as cargas?

Coñecido:

Distancia entre as cargas A e B (r _AB ) = 4 metros

Distancia entre o punto C e a carga A (r _AC ) = 1 metro

Distancia entre o punto C e a carga B (r _BC ) = 3 metros

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

Carga B (q _B ) = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁴ culombios

Constante (k) = 9 × ¹⁰⁹ N ^m² C ^–2

Buscado: Campo eléctrico no punto C

Solución:

Campo eléctrico producido pola carga A no punto C:

A carga A é negativa, polo que a dirección do campo eléctrico apunta cara á carga A e en dirección oposta á carga B (cara á esquerda).

O campo eléctrico producido pola carga B no punto C:

A carga B é positiva, polo que a dirección do campo eléctrico é oposta á carga B e apunta cara á carga A (á esquerda).

A resultante do campo eléctrico no punto A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁻⁵ ⁾ + (6 x ^10⁻⁵ )

E = 33 x 10⁵ ^N /C

A dirección do campo eléctrico apunta cara á carga A e en dirección oposta á carga B (cara á esquerda).

7. Un po de 1 mg flota no aire. Se a carga do po é de 0.5 μC e a aceleración da gravidade é de 10 m/s2, determina a magnitude do campo eléctrico que soporta o po.

Coñecido:

Masa do po (m) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

Carga de po (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Aceleración da gravidade (g) = 10 m/ ^s²

Buscase: Campo eléctrico

Solución:

w = mg

w = peso do po, m = masa do po, g = aceleración da gravidade

A forza da gravidade actúa sobre o po:

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

A ecuación do campo eléctrico:

E = F/q

E = campo eléctrico, F = forza eléctrica, q = carga eléctrica

Substitúese F na ecuación do campo eléctrico por w na ecuación do peso:

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. Dúas cargas _q1 = 32 μC e q2 ₌ -214 μC están separadas por unha distancia de x, como se mostra na figura seguinte. Non hai campo eléctrico no punto P situado a 10 cm de q2 _. Atopa x.

Coñecido:

Carga 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Carga 2 (Q2 ₎ = -214 μC

Distancia do punto P a q ₁ = x + 10 cm

A distancia do punto P a q² ₌ 10 cm

Buscase: x

Solución:

E ₁ = campo eléctrico producido pola carga Q _1. A dirección do campo eléctrico é oposta a Q ₁ porque Q ₁ é positivo. E ₂ = campo eléctrico producido por Q _2. A dirección do campo eléctrico apunta a Q ₂ porque Q ₂ é negativo.

Sen forza neta no punto p situado a 10 cm de _Q2

Usa a fórmula cuadrática:

9. Un punto cargado q está no punto P no campo eléctrico producido pola carga (+), polo que ten unha forza de 0.05 N. Se a carga é +5 × l0 ^–6 Coulomb, cal é a magnitude do campo eléctrico no punto C?

Coñecido:

Forza eléctrica (F) = 0.05 newtons

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

Buscado: Campo eléctrico no punto P

Solución:

E = F / Q

E = 0.05 Newtons / 0.000005 Culombios

E = 5 Newtons / 0.0005 Culombios

E = 10,000 Newton/Coulomb

E = 10⁴ ^N /C

E = ^10⁴ NC ^-1

1. Que é a electricidade estática? ResponderA electricidade estática refírese á acumulación de carga eléctrica na superficie dos obxectos. Chámase "estática" porque as cargas permanecen nunha zona en lugar de moverse ou fluír como na electricidade actual.
2. Como se xera a electricidade estática? ResponderA electricidade estática xérase a miúdo mediante o proceso de carga triboeléctrica, onde certos materiais se cargan cando entran en contacto por fricción cun material diferente. Fregar un globo contra o cabelo ou camiñar por unha alfombra con zapatos de sola de goma pode provocar a acumulación de cargas estáticas.
3. Por que ás veces te sobresaltas ao tocar o pomo dunha porta despois de pisar unha alfombra? ResponderCamiñar sobre unha alfombra, especialmente en condicións secas, pode provocar unha acumulación de cargas estáticas no corpo. Ao tocar o pomo dunha porta ou outro condutor, as cargas poden descargarse rapidamente, o que provoca unha descarga estática.
4. Como afecta a humidade á electricidade estática? ResponderA humidade tende a reducir a acumulación de electricidade estática. As moléculas de auga do aire poden axudar a disipar as cargas eléctricas. Nos días máis secos, hai unha maior probabilidade de experimentar acumulación de electricidade estática e descargas.
5. Por que algúns materiais son máis propensos a desenvolver cargas estáticas que outros? ResponderOs materiais difiren na súa capacidade para reter ou transferir electróns. Algúns materiais, como a goma ou certos plásticos, tenden a gañar ou perder electróns con máis facilidade que outros, o que os fai máis propensos á acumulación de carga estática.
6. Cal é o principio que sustenta un electroscopio? ResponderUn electroscopio é un dispositivo que se emprega para detectar a presenza dunha carga estática. Normalmente consiste nunha vara metálica conectada a dúas finas láminas de metal. Cando se achega un obxecto cargado á vara, as láminas sepáranse debido á repulsión de cargas semellantes, o que indica a presenza de electricidade estática.
7. Como elimina a conexión a terra as cargas estáticas? ResponderA conexión a terra proporciona unha vía para que o exceso de carga se mova cara á Terra, que é unha vasta reserva de cargas. Cando un obxecto cargado estaticamente se conecta a terra, as cargas adicionais neutralízanse, o que reduce ou elimina a acumulación de electricidade estática.
8. Por que podes ver faíscas nun silo de grans ou durante o reabastecemento de combustible dun avión, e por que é perigoso? ResponderO movemento ou o rozamento do gran contra as superficies poden xerar electricidade estática, e o mesmo ocorre co fluxo de combustible. Se se acumula carga estática, pode descargarse como unha faísca. En ambientes con gases, po ou líquidos inflamables (como nun silo de gran ou durante o reabastecemento de combustible dun avión), estas faíscas poden acender o material inflamable, o que pode provocar explosións.
9. Como funcionan os sprays ou produtos antiestáticos? ResponderOs sprays e produtos antiestáticos adoitan conter substancias que fan que as superficies sexan lixeiramente condutoras. Ao facelo, evitan a acumulación de cargas estáticas ou axudan a disipar calquera carga que se acumule.

10. Que é a serie triboeléctrica? Resposta : A serie triboeléctrica é unha lista que clasifica os materiais segundo a súa tendencia a cargarse positiva ou negativamente cando se fregan contra outro material. Os materiais que están na parte superior da lista tenden a cargarse positivamente, mentres que os que están na parte inferior tenden a cargarse negativamente.