Statinė elektra – problemos ir sprendimai

Statinė elektra – problemos ir sprendimai

Elektros jėga

1. Taškas A elektriniame lauke . Elektrinio lauko stipris taške A = 0.5 NC ^-1 . Jei taške A patalpintas 0.25 C krūvis, kokia elektrinė jėga veikia šį krūvį?

Žinomas:

Elektrinis laukas taške A = 0.5 NC ^-1

Elektros krūvis taške A = 0.25 C

Ieškoma: Elektros jėga

sprendimas:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 NC ^-1 )

F = 0.125 N

^{2. Du krūviai, kurių masė} yra 5 C ir 4 C ^, yra nutolę vienas nuo kito 3 metrais. Jei Kulono konstanta yra 9 × 10⁻⁶ ^Nm²C⁻² , kokio stiprumo elektrinė jėga veikia du krūvius?

Žinomas:

1 krūvis (q² ₎ = 5 C

2 krūvis (q² ₎ = 4 C

Atstumas tarp 1 ir 2 krūvių (r) = 3 metrai

Kulono konstanta (k) = ⁹ × ^10⁻⁹ Nm² ^C⁻²

Ieškoma: elektros jėgos dydžio (F)

sprendimas:

3. Elektros krūvis +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; ir q3 _yra atskirti, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Jei elektros jėga veikia krūvį q2 _{= 0, tai koks yra q3} krūvis?

Žinomas:

1 krūvis (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

2 krūvis (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Ieškoma: Koks yra q ₃ krūvis?

sprendimas:

_{+q 2} veikia dvi jėgos.

Pirmoji jėga yra stūmos jėga tarp krūvio +q⁻ _ir krūvio +q₂ _, t. y. F⁻² , veikianti _dešinėn.

Grynoji elektrinė jėga veikia q² ₌ 0, tada q³ _turi būti neigiama.

Antroji jėga yra traukos jėga tarp krūvių +q² _ir -q³ _, t. y. F²₃ _, veikianti kairėje.

Abi šios jėgos veikia q ₂ ir yra vienodo dydžio, bet priešingos krypties.

Grynoji jėga veikia +q ₂ = 0.

4. Trys krūviai q1 _, q ir q2 _yra vienoje linijoje. Jei q = 5.0 μC ir d = 30 cm, tai kokio dydžio ir krypties elektrinė jėga veikia krūvį q?

Žinomas:

1 krūvis (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

2 krūvis (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

3 krūvis (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Atstumas tarp q1 _ir q = d

Atstumas tarp q² _ir q = 2d

d = 30 cm = 0.3 metro

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Kulono konstanta (k) = 9 ^{x 10⁻⁹} N ^m² C⁻²

Ieškoma: elektros jėgos, veikiančios elektros krūvį, dydis ir kryptis.

sprendimas:

Q veikia dvi jėgos: F1, nukreiptos į _dešinę (q ir q1 _yra teigiamos, todėl F1 _yra nutolusi nuo q ir q1 ₎ , ir F2 _, nukreiptos į kairę (q ir q2 _yra teigiamos, todėl F2 _yra nutolusi nuo q ir q2 ₎ . Pirmiausia apskaičiuojamos _F1 ir _F2.

Grynoji jėga yra 7.5 niutono. Grynosios jėgos kryptis = F kryptis.₁, dešinėn nukreiptas taškas į krūvį q₂.

Elektrinis laukas

5. Taškinis krūvis q yra taške P krūvio (+) sukurtame elektriniame lauke taip, kad jį veikia 0.05 N jėga krūvio kryptimi. Jei elektrinio lauko stipris taške P yra 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , ^tai kokio dydžio ir tipo krūvis sukelia elektrinį lauką?

Žinomas:

Elektros jėga (F) = 0.05 N

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

Ieškoma: elektros krūvio dydžio ir tipo

sprendimas:

Elektros krūvis apskaičiuojamas pagal formulę, kuri išreiškia elektros jėgos (F), elektrinio lauko (E) ir elektros krūvio (q) santykį:

F = q E

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

Krūvis q veikiamas elektrinės jėgos krūvio kryptimi (+), kuri sukuria elektrinį lauką, todėl krūvis q yra neigiamas.

6. Krūvius A ir B skiria 4 metrų atstumas. Taškas C yra tarp abiejų krūvių, 1 metro atstumu nuo taško A. Jei Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, tai kokio stiprumo elektrinis laukas taške C, kurį sukuria abu krūviai?

Žinomas:

Atstumas tarp krūvių A ir B (r _AB ) = 4 metrai

Atstumas tarp taško C ir krūvio A (r _AC ) = 1 metras

Atstumas tarp taško C ir krūvio B (r _BC ) = 3 metrai

Krūvis A (q _A ) = –300 μC = -300 x 10⁻⁶ ^C = -3 x ^10⁻⁴ Kulono

Krūvis B (q _B ) = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁴ Kulonai

^{Konstanta (} k) = 9 × 10⁻⁶ ^N⁻⁷ m⁻² ^C⁻²

Ieškoma: Elektrinio lauko C taške

sprendimas:

Elektrinis laukas, kurį sukuria krūvis A taške C:

Krūvis A yra neigiamas, todėl elektrinio lauko kryptis nukreipta į krūvį A ir tolyn nuo krūvio B (į kairę).

Elektrinis laukas, kurį sukuria krūvis B taške C:

Krūvis B yra teigiamas, todėl elektrinio lauko kryptis yra tolyn nuo krūvio B ir nukreipta į krūvį A (į kairę).

Elektrinio lauko atstojamoji taške A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁻¹ ⁾ + (6 x ^10⁻¹ )

E = 33 x 10⁻⁶ ^N /C

Elektrinio lauko kryptis nukreipta į krūvį A ir tolyn nuo krūvio B (į kairę).

7. 1 mg dulkių masė sklando ore. Jei dulkių krūvis yra 0.5 μC, o gravitacinis pagreitis yra 10 m/s2, nustatykite dulkes palaikančio elektrinio lauko stiprumą.

Žinomas:

Dulkių masė (m³) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

Dulkių krūvis (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Gravitacijos pagreitis (g) = 10 m/ ^s²

Ieškoma: Elektrinio lauko

sprendimas:

w = mg

w = dulkių svoris, m = dulkių masė, g = gravitacijos pagreitis

Dulkėms įtakos turi gravitacijos jėga:

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

Elektrinio lauko lygtis:

E = F/q

E = elektrinis laukas, F = elektrinė jėga, q = elektros krūvis

Elektrinio lauko lygtyje F pakeiskite svorio lygtyje w:

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. Du krūviai _q1 = 32 μC ir _q2 = -214 μC yra atskirti atstumu x, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Taške P, esančiame 10 cm atstumu nuo q2, elektrinio lauko nėra _. Raskite x.

Žinomas:

1 krūvis (Q1 ₎ = 32 μC

2 krūvis (Q2 ₎ = -214 μC

Taško P atstumas nuo q ₁ = x + 10 cm

Taško P atstumas nuo q² ₌ 10 cm

Ieškoma: x

sprendimas:

E1 = krūvio Q1 sukurtas elektrinis laukas _. Elektrinio lauko kryptis yra prieš Q1, _nes Q1 _yra teigiamas. _{E2 = Q2} sukurtas elektrinis laukas . Elektrinio lauko kryptis rodo į Q2 _{, nes} Q2 _yra neigiamas.

Taške p, esančiame 10 cm atstumu nuo Q _{2, nėra grynosios jėgos}

Naudokite kvadratinę formulę:

9. Įkrautas taškas q yra taške P elektriniame lauke, kurį sukuria krūvis (+), todėl jo jėga yra 0.05 N. Jei krūvis yra +5 × l0 ^–6 Kulono, tai koks yra elektrinio lauko stipris taške C?

Žinomas:

Elektrinė jėga (F) = 0.05 niutono

Elektros krūvis (Q) = +5 × l0 ^–6 Kulonas = 0.000005

Ieškoma: Elektrinio lauko taške P

sprendimas:

E = F / Q

E = 0.05 niutono / 0.000005 kulono

E = 5 niutono / 0.0005 kulono

E = 10 000 niutonų/kulonų

E = 10⁻⁶ ^N /C

E = ^10⁻⁴ NC ^-1

1. Kas yra statinė elektra? atsakymasStatinė elektra – tai elektros krūvio kaupimasis objektų paviršiuje. Ji vadinama „statine“, nes krūviai išlieka vienoje vietoje, o ne juda ar tekėja, kaip srovės atveju.
2. Kaip susidaro statinė elektra? atsakymasStatinė elektra dažnai susidaro triboelektrinio įkrovimo metu, kai tam tikros medžiagos įkraunamos, kai trinties būdu liečiasi su kita medžiaga. Baliono trynimas į plaukus arba vaikščiojimas per kilimą guminiais padais batais gali sukelti statinių krūvių kaupimąsi.
3. Kodėl kartais, vaikščiojus kilimu, palietus durų rankeną, patiriate šoką? atsakymasVaikščiojimas kilimu, ypač sausomis sąlygomis, gali sukelti statinių krūvių kaupimąsi ant jūsų kūno. Palietus durų rankeną ar kitą laidininką, krūviai gali greitai išsikrauti ir sukelti statinį šoką.
4. Kaip drėgmė veikia statinę elektrą? atsakymasDrėgmė paprastai sumažina statinės elektros kaupimąsi. Ore esančios vandens molekulės gali padėti išsklaidyti elektros krūvius. Sausesnėmis dienomis yra didesnė statinės elektros kaupimosi ir smūgių tikimybė.
5. Kodėl kai kurios medžiagos yra labiau linkusios kaupti statinį krūvį nei kitos? atsakymasMedžiagos skiriasi savo gebėjimu išlaikyti arba perduoti elektronus. Kai kurios medžiagos, pavyzdžiui, guma ar tam tikri plastikai, linkusios lengviau įgyti arba prarasti elektronus nei kitos, todėl jos yra labiau linkusios kauptis statiniam krūviui.
6. Koks yra elektroskopo veikimo principas? atsakymasElektroskopas yra prietaisas, naudojamas statiniam krūviui aptikti. Paprastai jį sudaro metalinis strypas, sujungtas su dviem plonais metalinės folijos lapeliais. Kai prie strypo priartinamas įkrautas objektas, lapeliai juda vienas nuo kito dėl panašių krūvių stūmos, o tai rodo statinės elektros buvimą.
7. Kaip įžeminimas pašalina statinius krūvius? atsakymasĮžeminimas suteikia kelią pertekliniam krūviui judėti į Žemę, kuri yra didžiulis krūvių rezervuaras. Kai statiškai įkrautas objektas yra įžemintas, papildomi krūviai neutralizuojami, sumažinant arba panaikinant statinės elektros kaupimąsi.
8. Kodėl grūdų silosinėje arba lėktuvo degalų papildymo metu galite pamatyti kibirkštis ir kodėl tai pavojinga? atsakymasJudantys arba į paviršius besitrinantys grūdai gali generuoti statinę elektrą, tas pats pasakytina ir apie kuro srautą. Susikaupęs statinis krūvis gali išsikrauti kibirkšties pavidalu. Aplinkoje, kurioje yra degių dujų, dulkių ar skysčių (pvz., grūdų silosinėje ar lėktuvo degalų papildymo metu), šios kibirkštys gali uždegti degią medžiagą ir sukelti sprogimus.
9. Kaip veikia antistatiniai purškikliai ar produktai? atsakymasAntistatiniai purškikliai ir produktai paprastai turi medžiagų, kurios paviršius padaro šiek tiek laidžius. Taip jie neleidžia kauptis statiniams krūviams arba padeda išsklaidyti susidariusius krūvius.

10. Kas yra triboelektrinė eilutė? Atsakymas : Triboelektrinė eilutė yra sąrašas, kuriame medžiagos reitinguojamos pagal jų polinkį įkrauti teigiamai arba neigiamai, kai trinamas į kitą medžiagą. Sąrašo viršuje esančios medžiagos linkusios įkrauti teigiamai, o apačioje esančios – neigiamai.