Пример прашања за дискусија за статички електрицитет
Пендахулуан
Статичкиот електрицитет е физички феномен со кој често се среќаваме во секојдневниот живот. Од искуството со добивање мал електричен удар при допирање на рачка на врата, до ефектот на коса што стои наопаку при чешлање со пластичен чешел, сè може да се објасни со принципите на статичкиот електрицитет. Оваа статија ќе разгледа неколку примери за проблеми со статички електрицитет, наведувајќи ги основните концепти и применувајќи ги применливите закони.
Разбирање на статичкиот електрицитет
Статичкиот електрицитет е акумулација на електричен полнеж на површината на некој предмет. Ова се случува поради пренос на електрони од еден предмет на друг, обично предизвикано од триење, како на пример кога балон се трие од коса. Силата што произлегува од овој електричен полнеж е регулирана со Кулоновиот закон.
Кулоновиот закон наведува дека силата помеѓу два наелектризирани објекти е пропорционална на производот од величините на соодветните полнежи и обратно пропорционална на квадратот од растојанието меѓу нив. Математичката формула за овој закон е:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
Каде:
– \( F \) е силата помеѓу два полнежи,
– (k) е Кулонова константа ((8.99 x 10^9, N = m^2 / C^2)),
– \(q_1 \) и \(q_2 \) се величините на електричниот полнеж, и
– \( r \) е растојанието помеѓу двата полнежи.
Примерни прашања и дискусии
Прашање 1: Пресметување на Кулонова електрична сила
Два полнежи со магнитуда ≤ 5, ≤ C) и ≤ 3, ≤ C се поставени на растојание од 20 cm. Пресметајте ја електричната сила помеѓу двата полнежи!
Пембахасан:
Прво, конвертирајте ги единиците за полнеж и растојание во меѓународниот систем (SI):
– (q_1 = 5, mu C = 5 пати 10^{-6}, C)
– (q_2 = -3, C = -3 пати 10^{-6}, C)
– (r = 20, cm = 0.2, m)
Користете го Кулоновиот закон за да ја пресметате силата:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
Заменете познати вредности:
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \right) \frac{{|5 \times 10^{-6} \, C \times (-3 \times 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{15 \times 10^{-12}}}{{0.04}} \]
\[ F = \лево( 8.99 \times 10^9 \десно) \times 3.75 \times 10^{-10} \]
\[ F = 3.37 \, N \]
Силата помеѓу двата полнежи е 3.37 N и бидејќи едниот од полнежите е негативен, оваа сила е привлечна.
Прашање 2: Ефектот на растојанието врз Кулоновата сила
Два полнежи (+4, ₂C) и (+6, ₂C) се поставени на растојание од 0.1 m. Ако растојанието помеѓу двата полнежи се зголеми на 0.2 m, одреди како се менува Кулоновата сила!
Пембахасан:
Прво, пресметајте ја силата на почетното растојание \(0.1\, m \):
– (q_1 = 4, mu C = 4 пати 10^{-6}, C)
– (q_2 = 6, mu C = 6 пати 10^{-6}, C)
– \( r_1 = 0.1 \, m \)
\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]
Заменете познати вредности:
\[ F_1 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = \лево( 8.99 \times 10^9 \десно) \times 2.4 \times 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, N \]
Сега, пресметајте ја силата на новото растојание \(0.2 \, m \):
– \( r_2 = 0.2 \, m \)
\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]
\[ F_2 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = \лево( 8.99 \times 10^9 \десно) \times 6 \times 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, N \]
Така, кога растојанието помеѓу двата полнежи се зголемува од 0.1 m на 0.2 m, Кулоновата сила се намалува од 2.1576 N на 0.5394 N.
Проблем 3: Работа на поместување на товар
Полнеж (q = 2, muC) е поместен од точката А до точката Б во електрично поле со потенцијали (VA = 100, V) и (VB = 40, V). Колку работа е извршена за да се помести полнежот?
Пембахасан:
Работата извршена за поместување на полнеж во електрично поле може да се пресмета со помош на формулата:
\[ W = q (V_A – V_B) \]
Заменете познати вредности:
– (q = 2, mu C = 2 x 10^{-6}, C)
– \( V_A = 100 \, V \)
– \( V_B = 40 \, V \)
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) (100 \, V – 40 \, V) \]
\[ W = (2 x 10^{-6} \, C) x 60 \, V \]
\[ W = 1.2 \times 10^{-4} \, J \]
Значи, работата извршена за поместување на полнежот е (1.2 x 10^{-4}, J).
Заклучок
Статичкиот електрицитет е фасцинантен феномен кој често игра улога во разни секојдневни ситуации. Разбирањето на основните концепти како што се Кулоновиот закон и принципите на електричните полиња е клучно за анализа и решавање на поврзани проблеми. Преку дискутираните примери, можеме да ги примениме физичките теории за да ги разбереме интеракциите помеѓу електричните полнежи и големината на силите што дејствуваат меѓу нив. Со солидно разбирање, можеме подобро да го цениме и контролираме феноменот на статички електрицитет во секојдневниот живот.
