Statiskā elektrība – problēmas un risinājumi

Statiskā elektrība – problēmas un risinājumi

Elektriskais spēks

1. Punkts A elektriskajā laukā . Elektriskā lauka stiprums punktā A = 0.5 NC ^-1 . Ja punktā A tiek novietots 0.25 C lādiņš, tad kāds ir elektriskais spēks, kas iedarbojas uz lādiņu?

Zināms:

Elektriskais lauks punktā A = 0.5 NC ^-1

Elektriskais lādiņš punktā A = 0.25 C

Meklē: Elektriskais spēks

šķīdums:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 °C ^-1 )

F = 0.125 N

2. Divus lādiņus 5 C un 4 C šķir 3 metru attālums. Ja Kulona konstante ir 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2 , kāds ir elektriskā spēka lielums, ar kuru saskaras divi lādiņi?

Zināms:

1. lādiņš (q² ₎ = 5 °C

2. lādiņš (q² ₎ = 4 °C

Attālums starp lādiņu 1 un lādiņu 2 (r) = 3 metri

Kulona konstante (k) = ⁹ × ^10⁻⁹ Nm² ^C⁻²

Vēlams: elektriskā spēka lielums (F)

šķīdums:

3. Elektriskais lādiņš +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; un q3 _ir atdalīti, kā parādīts attēlā zemāk. Elektriskais spēks, kas iedarbojas uz lādiņu q2 _{= 0, tad kāds ir q3} lādiņš?

Zināms:

1. lādiņš (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

2. lādiņš (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Meklē: Kāds ir _q3 lādiņš ?

šķīdums:

_{Uz +q 2} iedarbojas divi spēki.

Pirmais spēks ir atgrūšanas spēks starp lādiņu +q1 _un lādiņu +q2 _, kas ir F12 _, vērsts pa labi.

Neto elektriskais spēks iedarbojas uz q² ₌ 0, tad q³ _jābūt negatīvam.

Otrais spēks ir pievilkšanās spēks starp lādiņu +q² _un -q³ _, tas ir, F²³ _, kas darbojas pa kreisi.

Abi šie spēki iedarbojas uz q ₂ , tiem ir vienāds lielums, bet tie darbojas pretējā virzienā.

Neto spēks iedarbojas uz +q² ₌ 0.

4. Trīs lādiņi q1 _, q un q2 _atrodas uz vienas līnijas. Ja q = 5.0 μC un d = 30 cm, tad kāds ir elektriskā spēka lielums un virziens, kas iedarbojas uz lādiņu q?

Zināms:

1. lādiņš (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

2. lādiņš (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Lādiņa 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Attālums starp q1 _un q = d

Attālums starp q² _un q = 2d

d = 30 cm = 0.3 metri

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Kulona konstante (k) = 9 ^{x 10⁻⁹} N ^m² C⁻²

Vēlams: elektriskā spēka, kas iedarbojas uz elektrisko lādiņu, lielums un virziens.

šķīdums:

Uz q iedarbojas divi spēki: F1 vērsti _pa labi (q un q1 _ir pozitīvi, tāpēc F1 _atrodas prom no q un q1 ₎ un F2 _vērsti pa kreisi (q un q2 _ir pozitīvi, tāpēc F2 _atrodas prom no q un q2 ₎ . Vispirms tika aprēķināti _F1 un _F2.

Neto spēks ir 7.5 ņūtoni. Neto spēka virziens = F virziens.₁, pa labi vērsts punkts lādiņam q₂.

Elektriskais lauks

5. Punktveida lādiņš q atrodas lādiņa (+) radītā elektriskā lauka punktā P tā, ka uz to iedarbojas 0.05 N spēks lādiņa virzienā. Ja elektriskā lauka lielums punktā P ir 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , tad kāds ir lādiņa lielums un veids, kas rada ^elektrisko lauku?

Zināms:

Elektriskais spēks (F) = 0.05 N

^{Elektriskais lauks (} E) = 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ = 0.02 ^NC⁻¹

Vēlams: elektriskā lādiņa lielums un veids

šķīdums:

Elektrisko lādiņu aprēķina, izmantojot formulu, kas izsaka elektriskā spēka (F), elektriskā lauka (E) un elektriskā lādiņa (q) attiecību:

F = q E

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

Lādiņam q ir elektriskais spēks lādiņa virzienā (+), kas rada elektrisko lauku, tāpēc lādiņš q ir negatīvs.

6. Lādiņi A un B atrodas 4 metru attālumā. Punkts C atrodas starp abiem lādiņiem, 1 metra attālumā no punkta A. Ja Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, tad kāds ir elektriskā lauka stiprums C punktā, ko rada abi lādiņi?

Zināms:

Attālums starp lādiņiem A un B (r _AB ) = 4 metri

Attālums starp punktu C un lādiņu A (r _AC ) = 1 metrs

Attālums starp punktu C un lādiņu B (r _BC ) = 3 metri

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

Lādiņa B (q _B ) = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁴ Kuloni

Konstante (k) = 9 ^× 10⁻⁶ ^N⁻⁷ m⁻² ^C⁻²

Vēlamais: elektriskais lauks C punktā

šķīdums:

Elektriskais lauks, ko rada lādiņš A punktā C:

Lādiņš A ir negatīvs, tāpēc elektriskā lauka virziens ir vērsts uz lādiņu A un prom no lādiņa B (pa kreisi).

Elektriskais lauks, ko rada lādiņš B punktā C:

Lādiņš B ir pozitīvs, tāpēc elektriskā lauka virziens ir prom no lādiņa B un ir vērsts uz lādiņu A (pa kreisi).

Elektriskā lauka rezultējošais spēks punktā A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁻¹ ⁾ + (6 x ^10⁻¹ )

E = 33 x 10⁻⁶ ^N /C

Elektriskā lauka virziens ir vērsts uz lādiņu A un prom no lādiņa B (pa kreisi).

7. Gaisā lidinās 1 mg putekļu masa. Ja putekļu lādiņš ir 0.5 μC un brīvās krišanas paātrinājums ir 10 m/s2, nosakiet elektriskā lauka stiprumu, kas balsta putekļus.

Zināms:

Putekļu masa (m6) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

Putekļu lādiņš (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Brīvās krišanas paātrinājums (g) = 10 m/ ^s²

Meklē: Elektrisko lauku

šķīdums:

w = mg

w = putekļu svars, m = putekļu masa, g = brīvās krišanas paātrinājums

Gravitācijas spēks iedarbojas uz putekļiem:

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

Elektriskā lauka vienādojums:

E = F/q

E = elektriskais lauks, F = elektriskais spēks, q = elektriskais lādiņš

Aizvietojiet F elektriskā lauka vienādojumā ar w svara vienādojumā:

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. Divi lādiņi _q1 = 32 μC un q2 ₌ -214 μC atrodas attālumā x, kā parādīts attēlā zemāk. Punktā P, kas atrodas 10 cm attālumā no q2, nav elektriskā lauka _. Atrodiet x.

Zināms:

1. lādiņš (Q1 ₎ = 32 μC

2. lādiņš (Q2 ₎ = -214 μC

Punkta P attālums no q ₁ = x + 10 cm

Punkta P attālums no q² ₌ 10 cm

Meklē: x

šķīdums:

E1 = lādiņa Q1 radītais elektriskais lauks _. Elektriskā lauka virziens ir prom no Q1, _{jo Q1} ir _pozitīvs . _{E2 = Q2} radītais elektriskais lauks . Elektriskā lauka virziens ir vērsts uz Q2 _, jo Q2 _ir negatīvs.

Punktā p, kas atrodas 10 cm attālumā no Q2, nav neto _spēka

Izmantojiet kvadrātvienādojuma formulu:

9. Uzlādēts punkts q atrodas punktā P elektriskajā laukā, ko rada lādiņš (+), tādējādi tam iedarbojas spēks 0.05 N. Ja lādiņš ir +5 × l0 ^–6 Kulona, ​​tad kāds ir elektriskā lauka stiprums punktā C?

Zināms:

Elektriskais spēks (F) = 0.05 ņūtoni

Elektriskais lādiņš (Q) = +5 × l0 ^–6 Kulons = 0.000005

Vēlamais: elektriskais lauks punktā P

šķīdums:

E = F / Q

E = 0.05 ņūtoni / 0.000005 kuloni

E = 5 ņūtoni / 0.0005 kuloni

E = 10 000 ņūtoni/kuloni

E = 10⁻⁶ ^N /C

E = 10 ⁴ NC ^-1

1. Kas ir statiskā elektrība? atbildeStatiskā elektrība attiecas uz elektriskā lādiņa uzkrāšanos uz priekšmetu virsmas. To sauc par “statisko”, jo lādiņi paliek vienā vietā, nevis pārvietojas vai plūst, kā tas ir strāvas elektrības gadījumā.
2. Kā rodas statiskā elektrība? atbildeStatiskā elektrība bieži rodas triboelektriskās uzlādes procesā, kur daži materiāli uzlādējas, nonākot berzes saskarē ar citu materiālu. Balona berzēšana pret matiem vai staigāšana pa paklāju gumijas zoles apavos var izraisīt statiskās elektrības uzkrāšanos.
3. Kāpēc dažreiz, pastaigājoties pa paklāju, pieskaroties durvju rokturim, rodas elektrošoks? atbildeStaigāšana pa paklāju, īpaši sausos apstākļos, var izraisīt statisko lādiņu uzkrāšanos uz ķermeņa. Pieskaroties durvju rokturim vai citam vadītājam, lādiņi var ātri izlādēties, izraisot statisko triecienu.
4. Kā mitrums ietekmē statisko elektrību? atbildeMitrums parasti samazina statiskās elektrības uzkrāšanos. Ūdens molekulas gaisā var palīdzēt izkliedēt elektriskos lādiņus. Sausākās dienās ir lielāka statiskās elektrības uzkrāšanās un triecienu iespējamība.
5. Kāpēc daži materiāli ir vairāk pakļauti statiskās lādiņa veidošanās procesam nekā citi? atbildeMateriāli atšķiras pēc spējas noturēt vai pārnest elektronus. Daži materiāli, piemēram, gumija vai noteiktas plastmasas, mēdz iegūt vai zaudēt elektronus vieglāk nekā citi, padarot tos vairāk pakļautus statiskās lādiņa uzkrāšanai.
6. Kāds ir elektroskopa darbības princips? atbildeElektroskops ir ierīce, ko izmanto statiskā lādiņa klātbūtnes noteikšanai. Tas parasti sastāv no metāla stieņa, kas savienots ar divām plānām metāla folijas loksnēm. Kad stieņa tuvumā tiek novietots uzlādēts objekts, loksnes attālinās viena no otras līdzīgu lādiņu atgrūšanās dēļ, norādot uz statiskās elektrības klātbūtni.
7. Kā zemējums novērš statiskos lādiņus? atbildeZemējums nodrošina ceļu liekajam lādiņam pārvietoties uz Zemi, kas ir milzīga lādiņu rezervuāra. Kad statiski lādēts objekts tiek iezemēts, liekie lādiņi tiek neitralizēti, samazinot vai novēršot statiskās elektrības uzkrāšanos.
8. Kāpēc graudu tvertnē vai lidmašīnas uzpildes laikā var redzēt dzirksteles, un kāpēc tas ir bīstami? atbildeGraudu kustība vai berze pret virsmām var radīt statisko elektrību, un tas pats attiecas uz degvielas plūsmu. Ja rodas statiskā lādiņa uzkrāšanās, tas var izlādēties dzirksteles veidā. Vidē ar viegli uzliesmojošām gāzēm, putekļiem vai šķidrumiem (piemēram, graudu tvertnē vai lidmašīnas uzpildes laikā) šīs dzirksteles var aizdedzināt viegli uzliesmojošo materiālu, izraisot sprādzienus.
9. Kā darbojas antistatiskie aerosoli vai produkti? atbildeAntistatiskie aerosoli un produkti parasti satur vielas, kas padara virsmas nedaudz vadošas. Tādējādi tie novērš statisko lādiņu uzkrāšanos vai palīdz izkliedēt jau uzkrātos lādiņus.

10. Kas ir triboelektriskā sērija? Atbilde : Triboelektriskā sērija ir saraksts, kurā materiāli tiek sakārtoti, pamatojoties uz to tieksmi kļūt pozitīvi vai negatīvi lādētiem, berzējot pret citu materiālu. Materiāli saraksta augšgalā mēdz kļūt pozitīvi lādēti, bet tie, kas atrodas saraksta apakšā, mēdz kļūt negatīvi lādēti.