Статикалык электр энергиясы 12-класстын физикасында маанилүү тема болуп саналат. Ал тынч абалдагы же кыймылдагы электр заряддарына байланыштуу кубулуштарды карайт. Негизги түшүнүктөрдү, Кулон законун жана электр талааларын түшүнүү статикалык электр энергиясына байланыштуу ар кандай маселелерди чечүү үчүн абдан маанилүү. Бул макалада биз 12-класстын экзамендеринде көп кездешкен статикалык электр энергиясынын бир нече мисалдарын жана алардын чечимдерин талкуулайбыз.
Статикалык электр энергиясынын негизги түшүнүктөрү
Статикалык электр энергиясы нерсенин бетиндеги электр заряддарынын тең салмактуулугунун бузулушунан келип чыгат. Бул заряд бир нерседен экинчи нерсеге сүрүлүү, өткөрүмдүүлүк жана индукция сыяктуу процесстер аркылуу берилиши мүмкүн.
– Кулон закону: Бул закон эки чекиттүү электр зарядынын ортосундагы тартылуу же түртүү күчүн түшүндүрөт. Кулон законунун формуласы:
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
Кайда:
– \( F \) – заряддардын ортосундагы күч (Ньютон).
– \( k \) Кулон туруктуусу (\( 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \)).
– \( q_1 \) жана \( q_2 \) заряддардын чоңдуктары (Кулон).
– \( r \) – эки заряддын ортосундагы аралык (метр).
– Электр талаасы: Электр талаасы – бул башка заряддар тарабынан электр күчү сезиле турган электр зарядынын айланасындагы мейкиндик. Заряддан (Q) (r) аралыктагы (E) электр талаасы:
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
Үлгү суроолор жана талкуу
1-мисал суроо: Кулон күчү
Суроо:
0,1 метр аралыкта \( 2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) жана \( -3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) эки электрдик заряд жайгашкан. Эки заряддын ортосундагы Кулон күчүн эсептегиле.
Чечим:
Кулон законунун формуласын колдонуңуз:
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
Белгилүү маанилерди алмаштырыңыз:
\[
F = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{{(2 \times 10^{-6} \, \text{C})(3 \times 10^{-6} \, \text{C})}}{{(0,1 \, \text{m})^2}}
\]
\[
F = 8.99 \times 10^9 \times \frac{6 \times 10^{-12}}{0,01}
\]
\[
F = 8.99 \times 10^9 \times 6 \times 10^{-10}
\]
\[
F = 53,94 \times 10^{-1} \, \text{N}
\]
\[
F = 5,394 \, \text{N}
\]
Ошентип, эки заряддын ортосундагы Кулон күчү 5,394 Н.
2-мисал суроо: Чекиттик заряддын электр талаасы
Суроо:
√(4 \x 10^{-6} \, \text{C} \) заряддан 0,05 метр аралыктагы электр талаасын эсептегиле.
Чечим:
Электр талаасынын формуласын колдонуңуз:
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
Белгилүү маанилерди алмаштырыңыз:
\[
E = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{4 \times 10^{-6} \, \text{C}}{(0,05 \, \text{m})^2}
\]
\[
E = 8.99 \times 10^9 \times \frac{4 \times 10^{-6}}{0,0025}
\]
\[
E = 8.99 \times 10^9 \times 1,6 \times 10^{-3}
\]
\[
E = 14,384 \убакыт 10^6 \, \text{N/C}
\]
\[
E = 1,4384 \убакыт 10^7 \, \text{N/C}
\]
Демек, заряддан 0,05 метр аралыктагы электр талаасы \( 1,4384 \x 10^7 \, \text{N/C} \) барабар.
3-мисал суроо: Электрдик потенциал
Суроо:
Белгилүү бир чекитке \(5 \times 10^{-6} \, \text{C} \) заряд коюлган. Заряддан 0,2 метр аралыктагы электрдик потенциалды эсептегиле.
Чечим:
Электрдик потенциалдын формуласын колдонуңуз:
\[
V = k \frac{Q}{r}
\]
Белгилүү маанилерди алмаштырыңыз:
\[
V = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{5 \times 10^{-6} \, \text{C}}{0,2 \, \text{m}}
\]
\[
V = 8.99 \times 10^9 \times 25 \times 10^{-6}
\]
\[
V = 224,75 \убакыт 10^3 \, \text{V}
\]
\[
V = 2,2475 \убакыт 10^5 \, \text{V}
\]
Демек, заряддан 0,2 метр аралыктагы электрдик потенциал �(2,2475 \10^5 \, \text{V} \) барабар.
4-мисал суроо: Электрдик потенциал энергиясы
Суроо:
0,1 метр аралыкта \(3 \times 10^{-6} \, \text{C} \) жана \(-2 \times 10^{-6} \, \text{C} \) эки заряд жайгашкан. Системанын электрдик потенциалдык энергиясын эсептегиле.
Чечим:
Электрдик потенциал энергиясынын формуласын колдонуңуз:
\[
U = k \frac{q_1 q_2}{r}
\]
Белгилүү маанилерди алмаштырыңыз:
\[
U = 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{(3 \times 10^{-6} \, \text{C})(-2 \times 10^{-6} \, \text{C})}{0,1 \, \text{m}}
\]
\[
U = 8.99 \times 10^9 \times \frac{-6 \times 10^{-12}}{0,1}
\]
\[
U = -5,394 \times 10^{-1} \, \text{J}
\]
\[
U = -0,5394 \, \text{J}
\]
Демек, системанын электрдик потенциалдык энергиясы -0,5394 Дж.
Корутунду
Статикалык электрди түшүнүү жана Кулон закону, электр талаалары, электр потенциалы жана электр потенциалы энергиясы сыяктуу фундаменталдык түшүнүктөрдү колдонуу 12-класстын физикасында абдан маанилүү. Жогорудагы мисал маселелерди изилдөө менен окуучулар бул түшүнүктөрдү жакшыраак түшүнүп, аларды ар кандай кырдаалдарда колдоно алышат деп күтүлүүдө. Бул маселелер окуучуларга келечектеги татаалыраак экзамендерге жана тапшырмаларга даярданууга да жардам берет.
Статикалык электр энергиясынын ар кандай көйгөйлөрүн машыгуу сиздин концептуалдык түшүнүгүңүздү бекемдеп, көйгөйлөрдү чечүү жөндөмүңүздү жакшыртат. Маселелерди чечүүдөн мурун, ар дайым теориялык негиздерин түшүнүп алыңыз, анткени бекем түшүнүү көйгөйлөрдү натыйжалуураак жана так чечүүгө жардам берет.
