Stöðug rafmagn – vandamál og lausnir

Stöðug rafmagn – vandamál og lausnir

Rafmagn

1. Punktur A í rafsviði . Stærð rafsviðsins í punkti A = 0.5 NC ^-1 . Ef 0.25-C hleðsla er sett í punkt A, hver er þá rafkrafturinn sem verkar á hleðsluna?

Þekkt:

Rafsvið í punkti A = 0.5 NC ^-1

Rafhleðsla í punkti A = 0.25 C

Óskað eftir: Rafmagnskrafti

Lausn:

F = q E

F = (0.25°C)(0.5°NC ^-1 )

F = 0.125 N

2. Tvær hleðslur , 5 C og 4 C, eru 3 metrar frá hvor annarri. Ef Coulomb-stuðullinn er 9 × 10^ ⁹ Nm² ^{C –2} , hver er þá stærð rafkraftsins sem tvær hleðslur verða fyrir?

Þekkt:

Hleðsla 1 (q² ₎ = 5 C

Hleðsla 2 (q² ₎ = 4 C

Fjarlægð milli hleðslu 1 og hleðslu 2 (r) = 3 metrar

Coulombs fasti (k) = 9 × 10^ ⁹ Nm² C ^{– 2}

Óskað er eftir: Stærð rafkraftsins (F)

Lausn:

3. Rafhleðslan +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; og q3 _eru aðskildar, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Ef rafkrafturinn verkar á hleðsluna q2 ₌ 0, hver er þá hleðsla _q3?

Þekkt:

Hleðsla 1 (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

Hleðsla 2 (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Óskað er eftir: Hver er hleðsla q _3?

Lausn:

Tveir kraftar verka á + _q².

Fyrsti krafturinn er fráhrindandi krafturinn milli hleðslunnar +q1 _og hleðslunnar +q2 _, það er F12 _, til hægri.

Ef nettórafkrafturinn verkar á q² ₌ 0, þá verður q³ _að vera neikvæður.

Annar krafturinn er aðdráttarkrafturinn milli hleðslunnar +q² _og -q³ _, það er F²3 _, til vinstri.

Báðir þessir kraftar verka á q₂ _, eru af sömu stærðargráðu en í gagnstæða stefnu.

Nettókraftur verkar á +q² ₌ 0.

4. Þrjár hleðslur q1 _, q og q2 _eru í línu. Ef q = 5.0 μC og d = 30 cm, hver er þá stærð og stefna rafkraftsins sem verkar á hleðsluna q?

Þekkt:

Hleðsla 1 (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

Hleðsla 2 (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Hleðsla 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10-6 C

Fjarlægð milli q1 _og q = d

Fjarlægð milli q² _og q = 2d

d = 30 cm = 0.3 metrar

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Coulomb-stuðullinn (k) = 9 x 10^ ⁹ N m² ^C - ²

Óskað er eftir: Stærð og stefna rafkraftsins sem verkar á rafhleðsluna.

Lausn:

Tveir kraftar verka á q sem eru F1 _til hægri (q og q1 _eru jákvæð svo F1 _frá q og q1 ₎ og F2 _til vinstri (q og q2 _eru jákvæð svo F2 _frá q og q2 ₎ . Fyrst reiknuðum við _F1 og _F2.

Nettókrafturinn er 7.5 Newton. Stefna nettókraftsins = stefna F₁, hægri punktur til að hlaða q₂.

Rafsvið

5. Punkthleðsla q er í punktinum P í rafsviðinu sem hleðslan (+) myndar þannig að hún verður fyrir 0.05 N krafti í átt að hleðslunni. Ef stærð rafsviðsins í punktinum P er 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , hver er þá stærð og ^tegund hleðslunnar sem veldur rafsviðinu?

Þekkt:

Rafkraftur (F) = 0.05 N

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

Óskað er eftir: Stærð og gerð rafhleðslu

Lausn:

Rafhleðslan er reiknuð með formúlu sem sýnir samband rafkrafts (F), rafsviðs (E) og rafhleðslu (q):

F = q E

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

Hleðslan q verður fyrir rafkrafti í átt að hleðslunni (+) sem myndar rafsvið, þannig að hleðslan q er neikvæð.

6. Hleðslur A og B eru aðskildar um 4 metra fjarlægð. Punktur C er á milli hleðslnanna beggja, 1 metra frá punkti A. Ef Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, hver er þá stærð rafsviðsins í punkti C sem báðar hleðslurnar mynda?

Þekkt:

Fjarlægð milli hleðslna A og B (r _AB ) = 4 metrar

Fjarlægðin milli punkts C og hleðslu A (r _AC ) = 1 metri

Fjarlægðin milli punkts C og hleðslu B (r _BC ) = 3 metrar

Hleðsla A (qA ₎ = –300 μC = -300 x 10⁻⁶ ^C = -3 x ^10⁻⁶ Coulomb

Hleðsla B (qB ₎ = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁶ Coulomb

Fasti (k) = 9 × 10⁶⁶ ^N m² ^C – ²

Óskað eftir: Rafsviði í punkti C

Lausn:

Rafsvið sem myndast af hleðslu A í punktinum C:

Hleðsla A er neikvæð þannig að stefna rafsviðsins bendir að hleðslu A og frá hleðslu B (til vinstri).

Rafsviðið sem myndast af hleðslu B í punktinum C:

Hleðsla B er jákvæð þannig að stefna rafsviðsins er frá hleðslu B og bendir að hleðslu A (til vinstri).

Niðurstaða rafsviðsins í punktinum A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁻⁶ ⁾ + (6 x ^10⁻⁶ )

E = 33 x 10⁻⁶ ^N /C

Stefna rafsviðsins bendir að hleðslu A og frá hleðslu B (til vinstri).

7. Ryk sem vegur 1 mg svífur í loftinu. Ef hleðsla ryksins er 0.5 μC og þyngdarhröðunin er 10 m/s², ákvarðaðu stærð rafsviðsins sem styður rykið.

Þekkt:

Massi ryks (m²) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

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

Þyngdarhröðun (g) = 10 m/ ^s²

Óskað eftir: Rafsviði

Lausn:

w = mg

w = þyngd ryksins, m = massi ryksins, g = þyngdarhröðun

Þyngdarkrafturinn verkar á ryk:

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

Jafna rafsviðsins:

E = F/q

E = rafsvið, F = rafkraftur, q = rafhleðsla

Setjið F í jöfnu rafsviðsins inn fyrir w í jöfnu þyngdarinnar:

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. Tvær hleðslur q1 ₌ 32 μC og q2 ₌ -214 μC eru aðskildar með fjarlægð x, eins og sýnt er á myndinni hér að neðan. Ekkert rafsvið er í punktinum P, staðsettur 10 cm frá q2 _. Finndu x.

Þekkt:

Hleðsla 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Hleðsla 2 (Q² ₎ = -214 μC

Fjarlægð punktsins P frá q ₁ = x + 10 cm

Fjarlægð punktsins P frá q² ₌ 10 cm

Óskað eftir: x

Lausn:

E1 ₌ rafsvið sem myndast af hleðslunni Q1 _. Stefna rafsviðsins er frá Q1 _því Q1 _er jákvæð. _E2 = rafsvið sem myndast af Q2 _. Stefna rafsviðsins bendir á Q2 _því Q2 _er neikvæð.

Enginn nettókraftur í punktinum p staðsettur 10 cm frá _Q2

Notaðu annars stigs formúlu:

9. Hleðinn punktur q er í punktinum P í rafsviðinu sem hleðslan (+) myndar og hefur því kraftinn 0.05 N. Ef hleðslan er +5 × l0 ^–6 Coulomb, hver er þá stærð rafsviðsins í punktinum C?

Þekkt:

Rafkraftur (F) = 0.05 Newton

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

Óskað er eftir: Rafsviði í punktinum P

Lausn:

E = F / Q

E = 0.05 Newton / 0.000005 Coulomb

E = 5 Newton / 0.0005 Coulomb

E = 10,000 Newton/Coulomb

E = 10⁻⁴ ^N /C

^E = ^10⁻⁴NC -1

1. Hvað er stöðurafmagn? svarStöðurafmagn vísar til uppsöfnunar rafhleðslu á yfirborði hluta. Það kallast „stöðurafmagn“ vegna þess að hleðslurnar helst á einum stað frekar en að hreyfast eða flæða eins og í rafstraumi.
2. Hvernig myndast stöðurafmagn? svarStöðug rafmagn myndast oft við spennuhleðslu, þar sem ákveðin efni hlaðast þegar þau komast í snertingu við annað efni með núningi. Að nudda blöðru við hár eða ganga yfir teppi í skóm með gúmmísólum getur leitt til uppsöfnunar stöðurafmagns.
3. Af hverju fær maður stundum rafstuð þegar maður snertir hurðarhún eftir að hafa gengið á teppi? svarAð ganga á teppi, sérstaklega í þurru umhverfi, getur valdið uppsöfnun stöðurafmagns á líkamanum. Þegar þú snertir hurðarhún eða annan leiðara geta hleðslurnar losnað hratt og valdið rafstuði.
4. Hvernig hefur raki áhrif á stöðurafmagn? svarRakastig dregur úr uppsöfnun stöðurafmagns. Vatnsameindir í loftinu geta hjálpað til við að dreifa rafhleðslum. Á þurrum dögum eru meiri líkur á uppsöfnun stöðurafmagns og raflosti.
5. Hvers vegna eru sum efni líklegri til að mynda stöðurafhleðslu en önnur? svarEfni eru mismunandi hvað varðar getu sína til að halda eða flytja rafeindir. Sum efni, eins og gúmmí eða ákveðin plast, eiga auðveldara með að taka við eða missa rafeindir en önnur, sem gerir þau viðkvæmari fyrir uppsöfnun stöðurafhleðslu.
6. Hver er meginreglan á bak við rafskautssjá? svarRafsjártæki er tæki sem notað er til að greina stöðurafmagn. Það samanstendur venjulega af málmstöng sem er tengd við tvær þunnar málmþynnublöð. Þegar hlaðinn hlutur er færður nálægt stönginni færast blöðin í sundur vegna fráhrindingar svipaðra hleðslna, sem bendir til stöðurafmagns.
7. Hvernig útrýmir jarðtenging stöðurafmagni? svarJarðtenging veitir umframhleðslu leið til að flytjast til jarðar, sem er gríðarstórt geymi hleðslna. Þegar stöðurafhlaðinn hlutur er jarðtengdur eru aukahleðslurnar hlutleystar, sem dregur úr eða útrýmir uppsöfnun stöðurafmagns.
8. Hvers vegna gætirðu séð neista í korngeymslu eða við eldsneytisáfyllingu flugvélar, og hvers vegna er það hættulegt? svarKorn sem hreyfist eða nuddast við yfirborð getur myndað stöðurafmagn, og það sama á við um flæði eldsneytis. Ef stöðurafmagn safnast fyrir getur það losnað sem neisti. Í umhverfi með eldfimum lofttegundum, ryki eða vökvum (eins og í korngeymslu eða við eldsneytistöku flugvéla) geta þessir neistar kveikt í eldfimum efnum og leitt til sprenginga.
9. Hvernig virka úðar eða vörur sem eru með rafstöðueiginleika? svarRafmagnsúðar og vörur sem eru notaðar til að draga úr stöðurafmagni innihalda yfirleitt efni sem gera yfirborð lítillega leiðandi. Með því að gera það koma þau í veg fyrir uppsöfnun stöðurafhleðslu eða hjálpa til við að dreifa hleðslum sem safnast fyrir.

10. Hvað er léttariðaröðin? Svar : Létariðaröðin er listi sem raðar efnum eftir tilhneigingu þeirra til að verða jákvætt eða neikvætt hlaðin þegar þeim er nuddað við annað efni. Efni efst á listanum hafa tilhneigingu til að verða jákvætt hlaðin en þau neðst hafa tilhneigingu til að verða neikvætt hlaðin.