Statiskā elektrība – problēmas un risinājumi

Statiskā elektrība – problēmas un risinājumi

Elektriskais spēks

1. A punkts elektriskais lauksElektriskā lauka stiprums punktā A = 0.5 NC^-1Ja punktā A tiek ievietots 0.25 C lādiņš, kāds tad ir? elektriskais spēks uzlikts uz lādiņu.

Zināms:

Elektriskais lauks punktā A = 0.5 NC^-1

Elektriskais lādiņš punktā A = 0.25 °C

Vēlējās: Elektriskais spēks

šķīdums:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 NC^-1)

F = 0.125 N

2. Divi lādiņi 5 C un 4 C atrodas 3 metru attālumā viens no otra. Ja Kulona konstante ir 9 × 10⁹ Nm² C^-2, kāds ir elektriskā spēka lielums, ar kādu saskaras divi lādiņi?

Zināms:

1. lādiņš (q₁) = 5 °C

2. lādiņš (q₂) = 4 °C

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

Kulona konstante (k) = 9 × 10⁹ Nm² C^-2

Meklē: 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 q lādiņš?₃.

Zināms:

1. lādiņš (q₁) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

2. lādiņš (q₂) = 20 μC = 20 x 10^-6 C

Meklē: Kāds ir q lādiņš?₃

šķīdums:

Uz +q iedarbojas divi spēki.₂.

Pirmais spēks ir atgrūšanas spēks starp lādiņu + q₁ un lādiņš +q₂ tas ir F₁₂, pa labi.

Uz q iedarbojas tīrais elektriskais spēks₂ = 0, tad q₃ jābūt negatīvam.

Otrais spēks ir pievilkšanās spēks starp lādiņu + q₂ un -q₃ tas ir F₂₃, pa kreisi.

Abi šie spēki iedarbojas uz q₂, ir vienāda lieluma, bet pretējā virzienā.

Neto spēks iedarbojas uz +q₂ = 0.

4. Trīs lādiņi q₁, q un q₂ atrodas uz taisnes. 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 (q₁) = 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 10⁹ N m² C^-2

Meklē: Elektriskā spēka lielums un virziens, kas iedarbojas uz elektrisko lādiņu

šķīdums:

Uz q iedarbojas divi spēki, kas ir F₁ pa labi (q un q₁ ir pozitīvi, tāpēc F₁ prom no q un q₁) un F₂ pa kreisi (q un q₂ ir pozitīvi, tāpēc F₂ prom no q un q₂). Vispirms aprēķinātais F₁ un F₂.

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

Elektriskais lauks

5. Punkts maksa q atrodas elektriskā lauka punktā P ražots ar lādiņu (+) tā, lai tas piedzīvotu 0.05 N spēku lādiņa virzienā. Ja elektriskās strāvas stiprums lauks at P punkts ir 2 x 10^-2 NC^-1, Tad kas ir lādiņa lielums un veids, kas to izraisa elektrisks lauks.

Zināms:

Elektriskais spēks (F) = 0.05 N

Elektriskais lauks (E) = 2 x 10 ^-2 NC ^-1 = 0.02 NC ^-1

Vēlējās: 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. Lādiņus A un B šķir 4 metru attālums. Punkts C atrodas starp abiem lādiņiem, 1 metra attālumā no punkta A. Ja Q_A = –300 μC, Q_B = 600 μC. 1/4 πε₀ = 9 × 10⁹ N m² C–2, tad kāds ir abu lādiņu radītā elektriskā lauka stiprums C punktā?

Zināms:

Attālums starp lādiņiem A un B (r_AB) = 4 metri

Attālums starp punktu C un lādiņu A (r_AC) = 1 metri

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 Kulons

Lādiņa B (q_B) = 600 μC = 600 x 10^-6 C = 6 x 10^-4 Kulons

Konstante (k) = 9 × 10⁹ N m² C^-2

Meklē: Elektriskais lauks C punktā

šķīdums:

Elektriskais lauks, ko rada lādiņš A punktā C:

Maksa A ir negatīvs, lai elektriskā lauka virziens būtu 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 10⁵) + (6 x 10⁵)

E = 33 x 10⁵ 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 (m3) = 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: Elektriskais lauks

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 Newton

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 q, nav elektriskā lauka.₂Atrodiet x.

Zināms:

1. lādiņš (Q₁) = 32 μC

2. lādiņš (Q₂) = -214 μC

Punkta P attālums no q₁ = x + 10 cm

Punkta P attālums no q₂ = 10 XNUMX cm

Vēlējās: x

šķīdums:

E₁ = lādiņa Q radītais elektriskais lauks₁Elektriskā lauka virziens prom no Q₁ jo Q₁ ir pozitīvs. E₂ = Q radītais elektriskais lauks₂Elektriskā lauka virziens norāda uz Q.₂ jo Q₂ ir negatīvs.

Punktā p, kas atrodas 10 cm attālumā no Q, nav neto spēka₂

Izmantojiet kvadrātvienādojuma formulu:

9. Uzlādēts punkts q atrodas elektriskā lauka punktā P. ražots ar lādiņu (+), tādējādi ar spēku 0.05 N. Ja lādiņš ir +5 × l0^-6 Kulons, tad kāds ir elektriskā lauka stiprums C punktā?

Zināms:

Elektriskais spēks (F) = 0.05 ņūtoni

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

Meklē: 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. gads⁴ N / C

E = 10. gads⁴ 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? atbildeTriboelektriskā sērija ir saraksts, kurā materiāli tiek sarindoti, 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.