Elektrik statik – masalah dan penyelesaian

Elektrik statik – masalah dan penyelesaian

Daya elektrik

1. Titik A dalam medan elektrik . Magnitud medan elektrik pada titik A = 0.5 NC ^-1 . Jika cas 0.25-C diletakkan pada titik A, maka apakah daya elektrik yang dikenakan ke atas cas tersebut.

Diketahui:

Medan elektrik pada titik A = 0.5 NC ^-1

Cas elektrik pada titik A = 0.25 C

Dikehendaki: Daya elektrik

Penyelesaian:

F = qE

F = (0.25 C)(0.5 NC ^-1 )

F = 0.125N

2. Dua cas 5 C dan 4 C dipisahkan pada jarak 3 meter. Jika pemalar Coulomb ialah 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2 , apakah magnitud daya elektrik yang dialami oleh dua cas?

Diketahui:

Cas 1 (q ₁ ) = 5 C

Cas 2 (q ₂ ) = 4 C

Jarak antara cas 1 dan cas 2 (r) = 3 meter

Pemalar Coulomb (k) = 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2

Dikehendaki: Magnitud daya elektrik (F)

Penyelesaian:

3. Cas elektrik +q1 ₌ 10 μC; + _q2 = 20 μC; dan q3 _dipisahkan , seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Daya elektrik yang dikenakan ke atas cas q2 ₌ 0, maka apakah cas _q3.

Diketahui:

Cas 1 (q ₁ ) = 10 μC = 10 x 10 ^-6 C

Cas 2 (q ₂ ) = 20 μC = 20 x 10 ^-6 C

Dikehendaki: Berapakah cas bagi _q3

Penyelesaian:

Terdapat dua daya yang bertindak pada +q ₂.

Daya pertama ialah daya tolakan antara cas +q1 _dan cas +q2 _iaitu F12 _, ke kanan.

Daya elektrik bersih bertindak ke atas q ₂ = 0 maka q ₃ mestilah negatif.

Daya kedua ialah daya tarikan antara cas +q2 _dan -q3 _iaitu F23 _, ke kiri.

Kedua-dua daya ini bertindak pada q2 _, mempunyai magnitud yang sama tetapi arah yang bertentangan.

Daya bersih bertindak ke atas +q ₂ = 0.

4. Tiga cas q1 _, q, dan q2 _berada dalam satu garis lurus. Jika q = 5.0 μC dan d = 30 cm, maka apakah magnitud dan arah daya elektrik yang bertindak ke atas cas q.

Diketahui:

Cas 1 (q ₁ ) = 30 μC = 30 x 10 ^-6 C

Cas 2 (q ₂ ) = 60 μC = 60 x 10 ^-6 C

Cas 3 (q) = 5 μC = 5 x 10 ^-6 C

Jarak antara q ₁ dan q = d

Jarak antara q ₂ dan q = 2d

d = 30 cm = 0.3 meter

d ² = (0.3) ² = 0.09

Pemalar Coulomb (k) = 9 x 10 ⁹ N m ² C ^-2

Dikehendaki: Magnitud dan arah daya elektrik bertindak ke atas cas elektrik

Penyelesaian:

Terdapat dua daya yang bertindak ke atas q iaitu F1 _ke kanan (q dan q1 _adalah positif jadi F1 _menjauhi q dan _q1 ) dan F2 _ke kiri (q dan q2 _adalah positif jadi F2 _menjauhi q dan q2 ₎ . Mula-mula dikira _F1 dan _F2.

Daya bersih ialah 7.5 Newton. Arah daya bersih = arah F₁, titik ke kanan untuk mengecas q₂.

Medan elektrik

5. Satu cas titik q berada pada titik P dalam medan elektrik yang dihasilkan oleh cas (+) supaya ia mengalami daya 0.05 N dalam arah menuju cas tersebut. Jika magnitud medan elektrik pada titik P ialah 2 x 10 ^-2 NC ^-1 , maka apakah magnitud dan jenis cas yang menyebabkan medan elektrik.

Diketahui:

Daya elektrik (F) = 0.05 N

Medan elektrik (E) = 2 x 10 ^–2 NC ^–1 = 0.02 NC ^–1

Dikehendaki: Magnitud dan jenis cas elektrik

Penyelesaian:

Cas elektrik dikira menggunakan formula yang menyatakan hubungan antara daya elektrik (F), medan elektrik (E) dan cas elektrik (q):

F = qE

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

Cas q mengalami daya elektrik dalam arah ke cas (+) yang menghasilkan medan elektrik, jadi cas q adalah negatif.

6. Cas A dan B dipisahkan pada jarak 4 meter. Titik C berada di antara kedua-dua cas, 1 meter dari titik A. Jika Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, maka apakah magnitud medan elektrik pada titik C yang dihasilkan oleh kedua-dua cas.

Diketahui:

Jarak antara cas A dan B (r _AB ) = 4 meter

Jarak antara titik C dan cas A (r _AC ) = 1 meter

Jarak antara titik C dan cas B (r _BC ) = 3 meter

Cas A (q _A ) = –300 μC = -300 x 10 ^-6 C = -3 x 10 ^-4 Coulomb

Cas B (q _B ) = 600 μC = 600 x 10 ^-6 C = 6 x 10 ^-4 Coulomb

Pemalar (k) = 9 × 10 ⁹ N m ² C ^–2

Dikehendaki: Medan elektrik pada titik C

Penyelesaian:

Medan elektrik yang dihasilkan oleh cas A pada titik C:

Cas A adalah negatif supaya arah medan elektrik menghala ke cas A dan menjauhi cas B (ke kiri).

Medan elektrik yang dihasilkan oleh cas B pada titik C:

Cas B adalah positif supaya arah medan elektrik menjauhi cas B dan menghala ke cas A (ke kiri).

Hasil medan elektrik pada titik A:

E = _EA + _EB

E = (27 x 10 ⁵ ) + (6 x 10 ⁵ )

E = 33 x 105 ^N /C

Arah medan elektrik menghala ke cas A dan menjauhi cas B (ke kiri).

7. Sebiji debu 1-mg terapung di udara. Jika cas debu itu ialah 0.5 μC dan pecutan graviti ialah 10 m/s2, tentukan magnitud medan elektrik yang menyokong debu itu.

Diketahui:

Jisim habuk (m) = 1 mg = 1 x 10 ^-6 kg

Cas habuk (q) = 0.5 μC = 0.5 x 10 ^-6 C

Pecutan akibat graviti (g) = 10 m/ ^s²

Dikehendaki: Medan elektrik

Penyelesaian:

w = mg

w = berat habuk, m = jisim habuk, g = pecutan graviti

Daya graviti bertindak ke atas habuk:

w = mg = (1 x 10 ^-6 kg)(10 m/s² ⁾ = 10 x 10 ^-6 kg m/s² ⁼ 10 x 10 ^-6 Newton

Persamaan medan elektrik:

E = F/q

E = medan elektrik, F = daya elektrik, q = cas elektrik

Gantikan F dalam persamaan medan elektrik dengan w dalam persamaan berat:

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. Dua cas q ₁ = 32 μC dan q ₂ = -214 μC dipisahkan oleh jarak x, seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Tiada medan elektrik pada titik P yang terletak 10 cm dari q _2. Cari x.

Diketahui:

Cas 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Cas 2 (Q ₂ ) = -214 μC

Jarak titik P dari q ₁ = x + 10 cm

Jarak titik P dari q ₂ = 10 cm

Dikehendaki: x

Penyelesaian:

E ₁ = medan elektrik yang dihasilkan oleh cas Q _1. Arah medan elektrik adalah menjauhi Q ₁ kerana Q ₁ adalah positif. E ₂ = medan elektrik yang dihasilkan oleh Q _2. Arah medan elektrik menghala ke Q ₂ kerana Q ₂ adalah negatif.

Tiada daya bersih di titik p yang terletak 10 cm dari Q ₂

Gunakan formula kuadratik:

9. Titik bercas q berada pada titik P dalam medan elektrik yang dihasilkan oleh cas (+), justeru mempunyai daya 0.05 N. Jika cas ialah +5 × l0 ^–6 Coulomb, maka apakah magnitud medan elektrik pada titik C.

Diketahui:

Daya elektrik (F) = 0.05 Newton

Cas elektrik (Q) = +5 × l0 ^–6 Coulomb = 0.000005

Dikehendaki: Medan elektrik pada titik P

Penyelesaian:

E = F / Q

E = 0.05 Newton / 0.000005 Coulomb

E = 5 Newton / 0.0005 Coulomb

E = 10,000 Newton/Coulomb

E = 10 ⁴ N/C

E = 10 ⁴ NC ^-1

1. Apakah elektrik statik? jawapanElektrik statik merujuk kepada pengumpulan cas elektrik pada permukaan objek. Ia dipanggil "statik" kerana cas kekal di satu kawasan dan bukannya bergerak atau mengalir seperti dalam arus elektrik.
2. Bagaimanakah elektrik statik dijana? jawapanElektrik statik sering dijana melalui proses pengecasan triboelektrik, di mana bahan-bahan tertentu menjadi bercas apabila ia bersentuhan geseran dengan bahan yang berbeza. Menggosok belon pada rambut atau berjalan di atas permaidani dengan kasut bertapak getah boleh menyebabkan pengumpulan cas statik.
3. Mengapakah anda kadangkala terkejut apabila menyentuh tombol pintu selepas berjalan di atas permaidani? jawapanBerjalan di atas permaidani, terutamanya dalam keadaan kering, boleh menyebabkan pengumpulan cas statik pada badan anda. Apabila anda menyentuh tombol pintu atau konduktor lain, cas tersebut boleh dinyahcas dengan cepat, mengakibatkan kejutan statik.
4. Bagaimanakah kelembapan mempengaruhi elektrik statik? jawapanKelembapan cenderung mengurangkan pengumpulan elektrik statik. Molekul air di udara boleh membantu menghilangkan cas elektrik. Pada hari yang lebih kering, terdapat kemungkinan yang lebih tinggi untuk mengalami pengumpulan statik dan kejutan.
5. Mengapakah sesetengah bahan lebih mudah menghasilkan cas statik berbanding bahan lain? jawapanBahan berbeza dari segi keupayaannya untuk memegang atau memindahkan elektron. Sesetengah bahan, seperti getah atau plastik tertentu, cenderung untuk mendapatkan atau kehilangan elektron dengan lebih mudah berbanding yang lain, menjadikannya lebih mudah terdedah kepada pengumpulan cas statik.
6. Apakah prinsip di sebalik elektroskop? jawapanElektroskop ialah peranti yang digunakan untuk mengesan kehadiran cas statik. Ia biasanya terdiri daripada rod logam yang disambungkan kepada dua helaian nipis kerajang logam. Apabila objek yang bercas dibawa berhampiran rod, daun-daun tersebut bergerak terpisah disebabkan oleh tolakan cas yang serupa, menunjukkan kehadiran elektrik statik.
7. Bagaimanakah pembumian menghapuskan cas statik? jawapanPembumian menyediakan laluan untuk cas berlebihan bergerak ke Bumi, yang merupakan takungan cas yang besar. Apabila objek yang bercas statik dibumikan, cas tambahan dineutralkan, sekali gus mengurangkan atau menghapuskan pengumpulan statik.
8. Mengapakah anda mungkin melihat percikan api dalam silo bijirin atau semasa mengisi minyak kapal terbang, dan mengapakah ini berbahaya? jawapanPergerakan atau geseran butiran pada permukaan boleh menghasilkan elektrik statik, dan begitu juga dengan aliran bahan api. Jika terdapat pengumpulan cas statik, ia boleh dinyahcas sebagai percikan api. Dalam persekitaran dengan gas, habuk atau cecair mudah terbakar (seperti dalam silo butiran atau semasa mengisi minyak kapal terbang), percikan api ini boleh menyalakan bahan mudah terbakar, yang membawa kepada letupan.
9. Bagaimanakah semburan atau produk antistatik berfungsi? jawapanSemburan dan produk antistatik biasanya mengandungi bahan yang menjadikan permukaan sedikit konduktif. Dengan berbuat demikian, ia menghalang pengumpulan cas statik atau membantu menghilangkan sebarang cas yang terkumpul.

10. Apakah siri triboelektrik? Jawapan : Siri triboelektrik ialah senarai yang menilai bahan berdasarkan kecenderungannya untuk menjadi bercas positif atau negatif apabila digosok pada bahan lain. Bahan di bahagian atas senarai cenderung menjadi bercas positif, manakala bahan di bahagian bawah cenderung menjadi bercas negatif.