ໄຟຟ້າສະຖິດເປັນຫົວຂໍ້ທີ່ສຳຄັນໃນຟີຊິກຊັ້ນມັດທະຍົມປີທີ 12. ມັນກ່ຽວຂ້ອງກັບປະກົດການທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບປະຈຸໄຟຟ້າໃນເວລາພັກຜ່ອນ ຫຼື ໃນການເຄື່ອນທີ່. ການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານ, ກົດຂອງຄູລອມ, ແລະສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນສິ່ງຈຳເປັນສຳລັບການແກ້ໄຂບັນຫາຕ່າງໆທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບໄຟຟ້າສະຖິດ. ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບຕົວຢ່າງຫຼາຍໆຢ່າງຂອງບັນຫາໄຟຟ້າສະຖິດທີ່ມັກປາກົດຢູ່ໃນການສອບເສັງຊັ້ນມັດທະຍົມປີທີ 12, ພ້ອມກັບວິທີແກ້ໄຂຂອງມັນ.
ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານຂອງໄຟຟ້າສະຖິດ
ໄຟຟ້າສະຖິດເກີດຈາກຄວາມບໍ່ສົມດຸນຂອງປະຈຸໄຟຟ້າຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງວັດຖຸ. ປະຈຸນີ້ສາມາດຖ່າຍໂອນຈາກວັດຖຸໜຶ່ງໄປຫາອີກວັດຖຸໜຶ່ງຜ່ານຂະບວນການຕ່າງໆເຊັ່ນ: ແຮງສຽດທານ, ການນຳໄຟຟ້າ, ແລະ ການຊັກນຳໄຟຟ້າ.
– ກົດໝາຍຂອງ Coulomb: ກົດໝາຍສະບັບນີ້ອະທິບາຍເຖິງແຮງດຶງດູດ ຫຼື ແຮງຂັບໄລ່ລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າສອງຈຸດ. ສູດສຳລັບກົດໝາຍຂອງ Coulomb ແມ່ນ:
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
ຢູ່ໃສ:
–\( F\) ແມ່ນແຮງລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າ (ນິວຕັນ).
- \( k \) ແມ່ນຄ່າຄົງທີ່ຂອງ Coulomb (\( 8.99 \times 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \)).
-\( q_1\) ແລະ \( q_2\) ແມ່ນຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ (ຄູລອມ).
–\( r\) ແມ່ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າ (ແມັດ).
- ສະໜາມໄຟຟ້າ: ສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນພື້ນທີ່ອ້ອມຮອບປະຈຸໄຟຟ້າ ເຊິ່ງປະຈຸອື່ນໆສາມາດຮູ້ສຶກເຖິງແຮງໄຟຟ້າໄດ້. ສະໜາມໄຟຟ້າ \(E\) ຢູ່ທີ່ໄລຍະຫ່າງ \(r\) ຈາກປະຈຸໄຟຟ້າ \(Q\) ແມ່ນ:
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
Contoh Soal ແລະ Pembahasan
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 1: ແຮງຄູລອມ
ຄຳຖາມ:
ປະຈຸໄຟຟ້າສອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ມີ ∑(2 \ຄູນ 10^{-6} \, \text{C} \) ແລະ ∑(-3 \ຄູນ 10^{-6} \, \text{C} \) ຕັ້ງຢູ່ຫ່າງກັນ 0,1 ແມັດ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ແຮງຄູນລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໃຊ້ສູດກົດໝາຍຂອງ Coulomb:
\[
F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}}
\]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[
F = 8.99 \ຄູນ 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{{(2 \times 10^{-6} \, \text{C})(3 \times 10^{-6} \, \text{C})}}{{(0,1 \, \text{m})^2}}
\]
\[
F = 8.99 \ຄູນ 10^9 \ຄູນ \frac{6 \ຄູນ 10^{-12}}{0,01}
\]
\[
F = 8.99 \ຄູນ 10^9 \ຄູນ 6 \ຄູນ 10^{-10}
\]
\[
F = 53,94 ຄູນ 10^{-1} \, \text{N}
\]
\[
F = 5,394 {\text{N}}
\]
ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງ Coulomb ລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ 5,394 N.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 2: ສະໜາມໄຟຟ້າໂດຍຈຸດປະຈຸໄຟຟ້າ
ຄຳຖາມ:
ຄິດໄລ່ສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ໄລຍະຫ່າງ 0,05 ແມັດ ຈາກປະຈຸໄຟຟ້າ \( 4 \x10^{-6} \, \text{C} \).
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໃຊ້ສູດສະໜາມໄຟຟ້າ:
\[
E = k \frac{Q}{r^2}
\]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[
E = 8.99 \ຄູນ 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{4 \times 10^{-6} \, \text{C}}{(0,05 \, \text{m})^2}
\]
\[
E = 8.99 \ຄູນ 10^9 \ຄູນ \frac{4 \ຄູນ 10^{-6}}{0,0025}
\]
\[
E = 8.99 \ຄູນ 10^9 \ຄູນ 1,6 \ຄູນ 10^{-3}
\]
\[
E = 14,384 ຄູນ 10^6
\]
\[
E = 1,4384 ຄູນ 10^7
\]
ດັ່ງນັ້ນ, ສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ໄລຍະຫ່າງ 0,05 ແມັດຈາກປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ \( 1,4384 \ຄູນ 10^7 \, \text{N/C} \).
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 3: ທ່າແຮງໄຟຟ້າ
ຄຳຖາມ:
ປະຈຸໄຟຟ້າ \( 5 \ຄູນ 10^{-6} \, \text{C} \) ຖືກວາງໄວ້ຢູ່ຈຸດໃດໜຶ່ງ. ຄິດໄລ່ທ່າແຮງໄຟຟ້າທີ່ໄລຍະຫ່າງ 0,2 ແມັດຈາກປະຈຸໄຟຟ້າ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໃຊ້ສູດທ່າແຮງໄຟຟ້າ:
\[
V = k \frac{Q}{r}
\]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[
V = 8.99 \ຄູນ 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \ຄູນ \frac{5 \ຄູນ 10^{-6} \, \text{C}}{0,2 \, \text{m}}
\]
\[
V = 8.99 \ຄູນ 10^9 \ຄູນ 25 \ຄູນ 10^{-6}
\]
\[
V = 224,75 ຄູນ 10^3 V
\]
\[
V = 2,2475 ຄູນ 10^5 V
\]
ດັ່ງນັ້ນ, ທ່າແຮງໄຟຟ້າທີ່ໄລຍະຫ່າງ 0,2 ແມັດຈາກປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ \( 2,2475 \ຄູນ 10^5 \, \text{V} \).
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ 4: ພະລັງງານທີ່ມີທ່າແຮງທາງໄຟຟ້າ
ຄຳຖາມ:
ສອງປະຈຸໄຟຟ້າຂອງ \( 3 \ຄູນ 10^{-6} \, \text{C} \) ແລະ \( -2 \ຄູນ 10^{-6} \, \text{C} \) ແມ່ນຢູ່ທີ່ໄລຍະຫ່າງ 0,1 ແມັດ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ພະລັງງານສັກກະຍະພາບໄຟຟ້າຂອງລະບົບ.
ວິທີແກ້ໄຂ:
ໃຊ້ສູດພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າ:
\[
U = k \frac{q_1 q_2}{r}
\]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[
U = 8.99 \, ຄູນ 10^9 \, \text{N m}^2/\text{C}^2 \times \frac{(3 \times 10^{-6} \, \text{C})(-2 \times 10^{-6} \, \text{C})}{0,1 \, \text{m}}
\]
\[
U = 8.99 \ຄູນ 10^9 \ຄູນ \frac{-6 \ຄູນ 10^{-12}}{0,1}
\]
\[
U = -5,394 ຄູນ 10^{-1} \, \text{J}
\]
\[
U = -0,5394 {\, {\text{J}}
\]
ດັ່ງນັ້ນ, ພະລັງງານສັກກະຍະພາບໄຟຟ້າຂອງລະບົບແມ່ນ -0,5394 J.
ສະຫຼຸບ
ການເຂົ້າໃຈໄຟຟ້າສະຖິດ ແລະ ການນຳໃຊ້ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານເຊັ່ນ: ກົດໝາຍ Coulomb, ສະໜາມໄຟຟ້າ, ທ່າແຮງໄຟຟ້າ, ແລະ ພະລັງງານທ່າແຮງໄຟຟ້າ ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນຟີຊິກສ໌ຊັ້ນມັດທະຍົມຕອນປາຍ. ໂດຍການສຶກສາບັນຫາຕົວຢ່າງຂ້າງເທິງ, ນັກຮຽນຄາດວ່າຈະມີຄວາມເຂົ້າໃຈດີຂຶ້ນກ່ຽວກັບແນວຄວາມຄິດເຫຼົ່ານີ້ ແລະ ສາມາດນຳໃຊ້ພວກມັນໃນສະຖານະການຕ່າງໆ. ບັນຫາເຫຼົ່ານີ້ຍັງຊ່ວຍໃຫ້ນັກຮຽນກຽມຕົວສຳລັບການສອບເສັງ ແລະ ສິ່ງທ້າທາຍທີ່ສັບສົນຫຼາຍຂຶ້ນໃນອະນາຄົດ.
ການຝຶກຝົນບັນຫາໄຟຟ້າສະຖິດປະເພດຕ່າງໆຈະຊ່ວຍເສີມສ້າງຄວາມເຂົ້າໃຈດ້ານແນວຄິດຂອງທ່ານ ແລະ ປັບປຸງທັກສະການແກ້ໄຂບັນຫາຂອງທ່ານ. ໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າທ່ານເຂົ້າໃຈພື້ນຖານທາງທິດສະດີກ່ອນທີ່ຈະແກ້ໄຂບັນຫາ, ເພາະວ່າຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ໜັກແໜ້ນຈະຊ່ວຍໃຫ້ທ່ານແກ້ໄຂບັນຫາໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບ ແລະ ຖືກຕ້ອງຫຼາຍຂຶ້ນ.
