Egzanp Kesyon sou Elektrisite Statik
Pendahuluan
Elektrisite estatik se yon fenomèn fizik nou rankontre souvan nan lavi chak jou nou. Soti nan eksperyans yon ti chòk elektrik lè w ap touche yon manch pòt rive nan efè cheve kanpe lè w ap penyen ak yon peny plastik, tout bagay ka eksplike pa prensip elektrisite estatik la. Atik sa a pral diskite plizyè egzanp pwoblèm elektrisite estatik, prezante konsèp debaz yo epi aplike lwa ki aplikab yo.
Konprann Elektrisite Statik
Elektrisite estatik se akimilasyon chaj elektrik sou sifas yon objè. Sa rive akòz transfè elektwon soti nan yon objè al nan yon lòt, anjeneral koze pa friksyon, tankou lè yon balon fwote sou cheve. Fòs ki soti nan chaj elektrik sa a gouvène pa lwa Coulomb la.
Lwa Coulomb la deklare ke fòs ki genyen ant de objè chaje yo pwopòsyonèl ak pwodwi mayitid chaj respektif yo epi envèsman pwopòsyonèl ak kare distans ki genyen ant yo a. Fòmil matematik pou lwa sa a se:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
Ki kote:
– \(F\) se fòs ki genyen ant de chaj,
– \(k\) se konstan Koulomb lan (\(8.99 \times 10^9\, N \cdot m^2 / C^2\)),
– \( q_1 \) ak \( q_2 \) se mayitid chaj elektrik la, epi
– \(r\) se distans ki genyen ant de chaj yo.
Egzanp Kesyon ak Diskisyon
Kesyon 1: Kalkile Fòs Elektrik Coulomb la
De chaj ki gen mayitid \( 5 \, \mu C \) ak \( -3 \, \mu C \) yo mete a yon distans 20 cm. Kalkile fòs elektrik ki genyen ant de chaj yo!
Diskisyon:
Premyèman, konvèti inite chaj ak distans yo nan sistèm entènasyonal la (SI):
– (q_1 = 5, μ C = 5 fwa 10-6, C)
– (q_2 = -3, μ C = -3 fwa 10^{-6}, C)
– (r = 20, cm = 0.2, m)
Sèvi ak lwa Coulomb la pou kalkile fòs la:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
Ranplase valè li te ye yo:
\[ F = \left (8.99 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \right) \frac{{|5 \times 10^{-6} \, C \times (-3 \times 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
F = (8.99 × 10^9) / 15 × 10^-12 (0.04)
F = (8.99 × 10^9) × 3.75 × 10^{-10})
\[ F = 3.37 \, N \]
Fòs ki genyen ant de chaj yo se 3.37 N e piske youn nan chaj yo negatif, fòs sa a se yon fòs atraksyon.
Kesyon 2: Efè distans sou fòs Coulomb
De chaj \( +4 \, \mu C \) ak \( +6 \, \mu C \) yo mete a yon distans 0.1 m. Si distans ki genyen ant de chaj yo ogmante a 0.2 m, detèmine kijan fòs Coulomb la chanje!
Diskisyon:
Premyèman, kalkile fòs la nan distans inisyal la \( 0.1 \, m \):
– (q_1 = 4, μ C = 4 fwa 10-6, C)
– (q_2 = 6, μ C = 6 fwa 10-6, C)
– \(r_1 = 0.1 \, m \)
\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]
Ranplase valè li te ye yo:
\[ F_1 = \left (8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \times 2.4 \times 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, N \]
Kounye a, kalkile fòs la nan nouvo distans lan \( 0.2 \, m \):
– \(r_2 = 0.2 \, m \)
\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]
\[ F_2 = \left (8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \times 6 \times 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, N \]
Kidonk, lè distans ki genyen ant de chaj yo ogmante soti nan 0.1 m pou rive nan 0.2 m, fòs Coulomb la diminye soti nan 2.1576 N pou rive nan 0.5394 N.
Pwoblèm 3: Travay pou deplase yon chay
Yon chaj \( q = 2 \, \mu C \) deplase soti nan pwen A pou rive nan pwen B nan yon chan elektrik ak potansyèl \( V_A = 100 \, V \) ak \( V_B = 40 \, V \). Konbyen travay ki fèt pou deplase chaj la?
Diskisyon:
Yo ka kalkile travay ki fèt pou deplase yon chaj nan yon chan elektrik avèk fòmil sa a:
\[ W = q (V_A – V_B) \]
Ranplase valè li te ye yo:
– (q = 2, μ C = 2 fwa 10-6, C)
– \(V_A = 100 \, V \)
– \(V_B = 40 \, V \)
W = (2 fwa 10^{-6} C) (100 V – 40 V)
W = (2 × 10-6, C) × 60, V
W = 1.2 fwa 10-4, J
Kidonk, travay ki fèt pou deplase chaj la se \( 1.2 \times 10^{-4} \, J \).
Konklizyon
Elektrisite estatik se yon fenomèn kaptivan ki souvan jwe yon wòl nan divès sitiyasyon chak jou. Konprann konsèp debaz tankou lwa Coulomb ak prensip chan elektrik yo enpòtan anpil pou analize ak rezoud pwoblèm ki gen rapò. Atravè egzanp yo diskite yo, nou ka aplike teyori fizik pou konprann entèraksyon ki genyen ant chaj elektrik yo ak mayitid fòs k ap aji ant yo. Avèk yon bon konpreyansyon, nou ka pi byen apresye ak kontwole fenomèn elektrisite estatik la nan lavi chak jou.
