ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ່ສົນທະນາກ່ຽວກັບໄຟຟ້າສະຖິດ
Pendahuluan
ໄຟຟ້າສະຖິດເປັນປະກົດການທາງກາຍະພາບທີ່ພວກເຮົາພົບເລື້ອຍໃນຊີວິດປະຈຳວັນຂອງພວກເຮົາ. ຕັ້ງແຕ່ປະສົບການຂອງການຖືກໄຟຟ້າຊັອດເລັກນ້ອຍເມື່ອແຕະລູກບິດປະຕູຈົນເຖິງຜົນກະທົບຂອງຜົມທີ່ຢືນຢູ່ປາຍເມື່ອຫວີດ້ວຍຫວີພາດສະຕິກ, ທຸກຢ່າງສາມາດອະທິບາຍໄດ້ໂດຍຫຼັກການຂອງໄຟຟ້າສະຖິດ. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືກ່ຽວກັບຕົວຢ່າງຫຼາຍໆຢ່າງຂອງບັນຫາໄຟຟ້າສະຖິດ, ໂດຍອະທິບາຍແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານ ແລະ ການນຳໃຊ້ກົດໝາຍທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ.
ເຂົ້າໃຈໄຟຟ້າສະຖິດ
ໄຟຟ້າສະຖິດແມ່ນການສະສົມຂອງປະຈຸໄຟຟ້າຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງວັດຖຸ. ສິ່ງນີ້ເກີດຂຶ້ນຍ້ອນການໂອນເອເລັກຕຣອນຈາກວັດຖຸໜຶ່ງໄປຫາອີກວັດຖຸໜຶ່ງ, ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວເກີດຈາກແຮງສຽດທານ, ເຊັ່ນ: ເມື່ອບານລູນຖືກຖູໃສ່ຜົມ. ແຮງທີ່ເກີດຈາກປະຈຸໄຟຟ້ານີ້ແມ່ນຄວບຄຸມໂດຍກົດໝາຍຂອງຄູລອມ.
ກົດເກນຂອງຄູລອມ ກ່າວວ່າ ແຮງລະຫວ່າງສອງວັດຖຸທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນສັດສ່ວນກັບຜົນຄູນຂອງຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ ແລະ ສັດສ່ວນກົງກັນຂ້າມກັບກຳລັງສອງຂອງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງພວກມັນ. ສູດຄະນິດສາດສຳລັບກົດເກນນີ້ແມ່ນ:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
ຢູ່ໃສ:
–\( F\) ແມ່ນແຮງລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າ,
- \( k \) ແມ່ນຄ່າຄົງທີ່ Coulomb (\( 8.99 \times 10^9 \, N \cdot m^2 / C^2 \)),
- \( q_1 \) ແລະ \( q_2 \) ແມ່ນຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ, ແລະ
–\(r\) ແມ່ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າ.
ຕົວຢ່າງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາ
ຄຳຖາມທີ 1: ການຄິດໄລ່ແຮງໄຟຟ້າຂອງ Coulomb
ສອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ມີຄວາມແຮງ \( 5 \, \mu C \) ແລະ \( -3 \, \mu C \) ຖືກວາງໄວ້ທີ່ໄລຍະຫ່າງ 20 ຊມ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ແຮງໄຟຟ້າລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າ!
ເປບບາຮາຊານ:
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ປ່ຽນຫົວໜ່ວຍປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ໄລຍະທາງເປັນລະບົບສາກົນ (SI):
– \( q_1 = 5 \, \mu C = 5 \ຄູນ 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = -3 \, \mu C = -3 \ຄູນ 10^{-6} \, C \)
– \( r = 20 \, ຊມ = 0.2 \, ມ \)
ໃຊ້ກົດໝາຍຂອງ Coulomb ເພື່ອຄິດໄລ່ແຮງ:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \right) \frac{{|5 \times 10^{-6} \, C \times (-3 \times 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
\[ F = \left( 8.99 \x10^9 \x00) \frac{{15 \x00^{-12}}}{{0.04}} \]
\[ F = \ຊ້າຍ (8.99 \ຄູນ 10^9 \ຂວາ) \ຄູນ 3.75 \ຄູນ 10^{-10} \]
\[ F = 3.37 \, N \]
ແຮງລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ 3.37 N ແລະ ເນື່ອງຈາກໜຶ່ງໃນປະຈຸໄຟຟ້າມີຄ່າລົບ, ແຮງນີ້ຈຶ່ງດຶງດູດກັນ.
ຄຳຖາມທີ 2: ຜົນກະທົບຂອງໄລຍະທາງຕໍ່ແຮງຄູລອມ
ສອງປະຈຸໄຟຟ້າ \( +4 \, \mu C \) ແລະ \( +6 \, \mu C \) ຖືກວາງໄວ້ທີ່ໄລຍະຫ່າງ 0.1 ແມັດ. ຖ້າໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າເພີ່ມຂຶ້ນເປັນ 0.2 ແມັດ, ໃຫ້ກຳນົດວ່າແຮງ Coulomb ປ່ຽນແປງແນວໃດ!
ເປບບາຮາຊານ:
ກ່ອນອື່ນໝົດ, ໃຫ້ຄິດໄລ່ແຮງທີ່ໄລຍະທາງເບື້ອງຕົ້ນ \(0.1\, m\):
– \( q_1 = 4 \, \mu C = 4 \ຄູນ 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = 6 \, \mu C = 6 \ຄູນ 10^{-6} \, C \)
-\( r_1 = 0.1 \, ມ \)
\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ F_1 = \left( 8.99 \x10^9 \x00) \frac{{24 \x00^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = \ຊ້າຍ (8.99 \ຄູນ 10^9 \ຂວາ) \ຄູນ 2.4 \ຄູນ 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, N \]
ບັດນີ້, ຄິດໄລ່ແຮງຢູ່ໄລຍະທາງໃໝ່ \( 0.2 \, m \):
-\( r_2 = 0.2 \, ມ \)
\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]
\[ F_2 = \left( 8.99 \x10^9 \x00) \frac{{24 \x00^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = \ຊ້າຍ (8.99 \ຄູນ 10^9 \ຂວາ) \ຄູນ 6 \ຄູນ 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, N \]
ດັ່ງນັ້ນ, ເມື່ອໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 0.1 ມ ເປັນ 0.2 ມ, ແຮງ Coulomb ຈະຫຼຸດລົງຈາກ 2.1576 N ເປັນ 0.5394 N.
ບັນຫາທີ 3: ວຽກງານຂອງການຍ້າຍພາລະ
ປະຈຸໄຟຟ້າ \( q = 2 \, \mu C \) ຖືກຍ້າຍຈາກຈຸດ A ໄປຫາຈຸດ B ໃນສະໜາມໄຟຟ້າທີ່ມີທ່າແຮງ \( V_A = 100 \, V \) ແລະ \( V_B = 40 \, V \). ມີວຽກຫຼາຍປານໃດທີ່ເຮັດເພື່ອຍ້າຍປະຈຸໄຟຟ້າ?
ເປບບາຮາຊານ:
ວຽກທີ່ເຮັດເພື່ອເຄື່ອນຍ້າຍປະຈຸໄຟຟ້າໃນສະໜາມໄຟຟ້າສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ໂດຍໃຊ້ສູດ:
\[ W = q (V_A – V_B) \]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
–\( q = 2\, \mu C = 2\ຄູນ 10^{-6}\, C\)
– \( V_A = 100 \, V \)
– \( V_B = 40 \, V \)
\[ W = (2 x 10^{-6} \, C) (100 \, V – 40 \, V) \]
\[ W = (2 \ຄູນ 10^{-6} \, C) \ຄູນ 60 \, V \]
\[ W = 1.2 \ຄູນ 10^{-4} \, J \]
ສະນັ້ນ, ວຽກທີ່ເຮັດເພື່ອຍ້າຍປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ \( 1.2 \times 10^{-4} \, J \).
ສະຫຼຸບ
ໄຟຟ້າສະຖິດເປັນປະກົດການທີ່ໜ້າສົນໃຈ ເຊິ່ງມັກຈະມີບົດບາດໃນສະຖານະການປະຈຳວັນຕ່າງໆ. ການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານເຊັ່ນ: ກົດຂອງຄູລອມ ແລະ ຫຼັກການຂອງສະໜາມໄຟຟ້າແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍຕໍ່ການວິເຄາະ ແລະ ແກ້ໄຂບັນຫາທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ. ຜ່ານຕົວຢ່າງທີ່ໄດ້ປຶກສາຫາລື, ພວກເຮົາສາມາດນຳໃຊ້ທິດສະດີຟີຊິກເພື່ອເຂົ້າໃຈການພົວພັນລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ຂະໜາດຂອງແຮງທີ່ກະທຳລະຫວ່າງພວກມັນ. ດ້ວຍຄວາມເຂົ້າໃຈທີ່ໜັກແໜ້ນ, ພວກເຮົາສາມາດເຂົ້າໃຈ ແລະ ຄວບຄຸມປະກົດການໄຟຟ້າສະຖິດໃນຊີວິດປະຈຳວັນໄດ້ດີຂຶ້ນ.
