ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ່ສົນທະນາກ່ຽວກັບແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກີດຂຶ້ນ
ໄຟຟ້າແມ່ນພະລັງງານຮູບແບບໜຶ່ງທີ່ມີຄວາມສຳຄັນຕໍ່ຊີວິດປະຈຳວັນຂອງພວກເຮົາ. ໜຶ່ງໃນແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານໃນຟີຊິກໄຟຟ້າແມ່ນແຮງຄູລອມ, ເຊິ່ງອະທິບາຍເຖິງການພົວພັນລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າ. ການເຂົ້າໃຈແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກີດຂຶ້ນແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນການນຳໃຊ້ຫຼາຍຢ່າງ, ຕັ້ງແຕ່ເທັກໂນໂລຢີເອເລັກໂຕຣນິກຈົນເຖິງການເຂົ້າໃຈປະກົດການຕ່າງໆໃນຈັກກະວານ. ຕໍ່ໄປນີ້ແມ່ນການສົນທະນາຢ່າງເລິກເຊິ່ງກ່ຽວກັບບັນຫາຕົວຢ່າງ ແລະ ວິທີການກຳນົດແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກີດຂຶ້ນ.
ການນໍາສະເຫນີແນວຄວາມຄິດຂອງກໍາລັງ Coulomb
ກ່ອນທີ່ພວກເຮົາຈະເຂົ້າໄປໃນບັນຫາຕົວຢ່າງ, ໃຫ້ພວກເຮົາທົບທວນຄືນກົດໝາຍຂອງ Coulomb. ກົດໝາຍຂອງ Coulomb ລະບຸວ່າແຮງໄຟຟ້າສະຖິດລະຫວ່າງສອງຈຸດທີ່ມີປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນສັດສ່ວນກັບຜົນຄູນຂອງຂະໜາດຂອງພວກມັນ ແລະ ສັດສ່ວນກົງກັນຂ້າມກັບກຳລັງສອງຂອງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງພວກມັນ. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ແຮງ Coulomb \(F \) ສາມາດສະແດງໄດ້ດັ່ງນີ້:
\[ F = k_e \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \]
ຢູ່ໃສ:
-\( F\) ແມ່ນຂະໜາດຂອງແຮງໄຟຟ້າສະຖິດ.
- \( k_e \) ແມ່ນຄ່າຄົງທີ່ຂອງ Coulomb, \( k_e \ປະມານ 8,99 \ຄູນ 10^9 \, \text{Nm}^2/\text{C}^2 \).
-\( q_1\) ແລະ \( q_2\) ແມ່ນຂະໜາດຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ.
–\(r\) ແມ່ນໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າ.
Contoh Soal ແລະ Pembahasan
ຄຳຖາມທີ 1: ສອງປະຈຸໄຟຟ້າໃນເສັ້ນຊື່
ປະຈຸໄຟຟ້າສອງຈຸດ \( q_1 = 4 \mu C \) ແລະ \( q_2 = -3 \mu C \) ຕັ້ງຢູ່ຫ່າງກັນ 3 ຊມ. ຈົ່ງຄິດໄລ່ຂະໜາດ ແລະ ທິດທາງຂອງແຮງ Coulomb ລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າເຫຼົ່ານີ້.
ເປບບາຮາຊານ:
ຂັ້ນຕອນທຳອິດແມ່ນການແປງປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ໄລຍະທາງໃຫ້ເປັນຫົວໜ່ວຍ SI:
–\( q_1 = 4 \ຄູນ 10^{-6} C\)
– \( q_2 = -3 \ຄູນ 10^{-6} C \)
-\( r = 3 \ຄູນ 10^{-2} ມ\)
ການໃຊ້ສົມຜົນກົດໝາຍຂອງ Coulomb:
\[ F = k_e \frac{|q_1 q_2|}{r^2} \]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ F = (8,99 \ຄູນ 10^9) \frac{(4 \ຄູນ 10^{-6})(3 \ຄູນ 10^{-6})}{(3 \ຄູນ 10^{-2})^2} \]
ຄິດໄລ່ຂະໜາດຂອງແຮງ:
\[ F = (8,99 \ຄູນ 10^9) \frac{12 \ຄູນ 10^{-12}}{9 \ຄູນ 10^{-4}} \]
\[ F = (8,99 ຄູນ 10^9) \ຄູນ (1,33 ຄູນ 10^{-8}) \]
\[ F = 1,197 \ຄູນ 10^2 \]
\[ F = 119,7 \, N \]
ທິດທາງຂອງແຮງ: ເນື່ອງຈາກ \( q_1 \) ເປັນບວກ ແລະ \( q_2 \) ເປັນລົບ, ແຮງຈຶ່ງມີຄວາມດຶງດູດ. ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງທີ່ \( q_1 \) ຈະມີທິດທາງໄປຫາ \( q_2 \) ແລະໃນທາງກັບກັນ.
ຄຳຖາມທີ 2: ສາມປະຈຸໄຟຟ້າໃນຮູບສາມຫຼ່ຽມດ້ານເທົ່າກັນ
ສາມປະຈຸໄຟຟ້າ, ແຕ່ລະປະຈຸໄຟຟ້າ \( q = 2 \mu C \), ຖືກວາງໄວ້ທີ່ຈຸດສູງສຸດຂອງຮູບສາມຫຼ່ຽມດ້ານເທົ່າທີ່ມີດ້ານຍາວ 5 ຊມ. ຄິດໄລ່ແຮງທີ່ໄດ້ຮັບທີ່ກະທຳຕໍ່ແຕ່ລະປະຈຸໄຟຟ້າ.
ເປບບາຮາຊານ:
ປ່ຽນປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ໄລຍະທາງເປັນຫົວໜ່ວຍ SI:
-\( q = 2 \ຄູນ 10^{-6} C\)
-\( r = 5 \ຄູນ 10^{-2} ມ\)
ແຮງລະຫວ່າງສອງປະຈຸໄຟຟ້າ:
\[ F = k_e \frac{q^2}{r^2} \]
ແທນຄ່າທີ່ຮູ້ຈັກ:
\[ F = (8,99 \ຄູນ 10^9) \frac{(2 \ຄູນ 10^{-6})^2}{(5 \ຄູນ 10^{-2})^2} \]
\[ F = (8,99 \ຄູນ 10^9) \frac{4 \ຄູນ 10^{-12}}{25 \ຄູນ 10^{-4}} \]
\[ F = (8,99 ຄູນ 10^9) \ຄູນ (1,6 ຄູນ 10^{-10}) \]
\[ F = 1,4384 N \]
ແຮງນີ້ກະທຳຕໍ່ແຕ່ລະຄູ່ຂອງປະຈຸໄຟຟ້າໃນຮູບສາມຫຼ່ຽມ. ເພື່ອຊອກຫາແຮງທີ່ໄດ້ຮັບທີ່ກະທຳຕໍ່ແຕ່ລະປະຈຸໄຟຟ້າ, ມັນຈຳເປັນຕ້ອງວິເຄາະເວັກເຕີແຮງຂອງສອງແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ແຕ່ລະປະຈຸໄຟຟ້າໃນທິດທາງຕັ້ງສາກ ແລະ ທິດທາງສະຫຼຽງຂອງຮູບສາມຫຼ່ຽມ.
ສົມມຸດວ່າປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ \(A\) ໄດ້ຮັບແຮງຈາກ \(B\) ແລະ \(C\):
- ແຮງຈາກ \( B \) ຫາ \( A \) ແມ່ນ \( F_{AB} = 1,4384 \, N \).
- ແຮງຈາກ \( C \) ຫາ \( A \) ແມ່ນ \( F_{AC} = 1,4384 \, N \).
ເນື່ອງຈາກແຮງສອງຢ່າງນີ້ປະກອບເປັນມຸມ 60° ເຊິ່ງກັນແລະກັນ (ຍ້ອນຮູບສາມຫຼ່ຽມດ້ານເທົ່າ), ພວກເຮົາສາມາດໃຊ້ການວິເຄາະອົງປະກອບເວັກເຕີເພື່ອຊອກຫາຜົນໄດ້ຮັບ.
ອົງປະກອບຂອງແຮງໃນແກນ x ແລະແກນ y:
\[ F_{Ax} = F_{AB} \cos 30^\circ + F_{AC} \cos 30^\circ \]
\[ F_{Ay} = F_{AB} \sin 30^\circ – F_{AC} \sin 30^\circ \]
ເຖິງຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເນື່ອງຈາກແຮງທັງສອງມີຄວາມສົມມາດ ແລະ ເທົ່າທຽມກັນຢູ່ທັງສອງດ້ານ, ອົງປະກອບ y ທັງໝົດຈະຖືກຍົກເລີກ ແລະ ປະສິດທິພາບ, ປະຈຸ \(A\) ຈະໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກແຮງແນວນອນທີ່ກະທຳໃນລະດັບກາງເທົ່ານັ້ນ.
\[
F_{Ax} = 2F_{AB} \cos 30^\circ \\
= 2(1,4384 \ N \cdot \ 0,866) \\
= 2 ∑ 1.2467
= 2.4934 ນ
]
ສະນັ້ນແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນໜຶ່ງໃນປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ ∑F = 2.4934 N.
ສະຫຼຸບ
ການກຳນົດແຮງໄຟຟ້າທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນລະບົບຈຸດປະຈຸໄຟຟ້າຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຄວາມເຂົ້າໃຈຢ່າງລະອຽດກ່ຽວກັບກົດໝາຍຂອງ Coulomb ແລະຄວາມສາມາດໃນການແຍກເວັກເຕີແຮງອອກເປັນອົງປະກອບຂອງມັນ. ໃນສະຖານະການທີ່ສັບສົນຫຼາຍຂຶ້ນທີ່ມີສາມປະຈຸໄຟຟ້າຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນ, ການວິເຄາະເວັກເຕີມັກຈະເປັນເຄື່ອງມືທີ່ສຳຄັນເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຜົນທີ່ຖືກຕ້ອງ. ຜ່ານບັນຫາການຝຶກຊ້ອມເຊັ່ນນີ້, ພວກເຮົາສາມາດເຂົ້າໃຈ ແລະ ນຳໃຊ້ແນວຄວາມຄິດຟີຊິກໄດ້ຢ່າງມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນ.
