Statische elektriciteit – problemen en oplossingen

Statische elektriciteit – problemen en oplossingen

Elektrische kracht

1. Punt A in een elektrisch veldDe grootte van het elektrische veld op punt A = 0.5 NC^-1Als er een lading van 0.25 C op punt A wordt geplaatst, wat is dan de elektrische kracht uitgeoefend op de lading.

Bekend:

Elektrisch veld op punt A = 0.5 NC^-1

Elektrische lading op punt A = 0.25 C

Gezocht: Elektrische kracht

oplossing:

F = q E

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

F = 0.125 N

2. Twee ladingen van 5 C en 4 C bevinden zich op een afstand van 3 meter van elkaar. Als de constante van Coulomb 9 × 10 is...⁹ Nm² C^-2Wat is de grootte van de elektrische kracht die twee ladingen ondervinden?

Bekend:

Lading 1 (q₁) = 5 C

Lading 2 (q₂) = 4 C

Afstand tussen lading 1 en lading 2 (r) = 3 meter

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

Gewild : De grootte van de elektrische kracht (F)

oplossing:

3. Elektrische lading +q₁ = 10 μC ; +q₂ = 20 μC; en q₃ zijn gescheiden, zoals weergegeven in de onderstaande figuur. De elektrische kracht die op lading q wordt uitgeoefend₂ = 0, wat is dan de lading van q?₃.

Bekend:

Lading 1 (q₁) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

Lading 2 (q₂) = 20 μC = 20 x 10^-6 C

Gewild : Wat is de lading van q?₃

oplossing:

Er werken twee krachten op +q₂.

De eerste kracht is de afstotende kracht tussen lading +q.₁ en lading +q₂ dat is F₁₂, naar rechts.

De netto elektrische kracht werkt op q₂ = 0 dan q₃ moet negatief zijn.

De tweede kracht is de aantrekkingskracht tussen lading +q₂ en -q₃ dat is F₂₃, naar links.

Beide krachten werken in op q₂hebben dezelfde grootte, maar de tegenovergestelde richting.

Netto kracht werkt in op +q₂ = 0.

4. Drie ladingen q₁, q en q₂ De ladingen q en d liggen op één lijn. Als q = 5.0 μC en d = 30 cm, wat is dan de grootte en richting van de elektrische kracht die op de lading q werkt?

Bekend:

Lading 1 (q₁) = 30 μC = 30 x 10^-6 C

Lading 2 (q₂) = 60 μC = 60 x 10^-6 C

Lading 3 (q) = 5 μC = 5 x 10^-6 C

Afstand tussen q₁ en q = d

Afstand tussen q₂ en q = 2d

d = 30 cm = 0.3 meter

d² = (0.3)² = 0.09

Coulombconstante (k) = 9 x 10⁹ Nm² C^-2

Gewild : De grootte en de richting van de elektrische kracht die op de elektrische lading inwerkt, bepalen de grootte en de richting ervan.

oplossing:

Er werken twee krachten op q, namelijk F.₁ naar rechts (q en q)₁ zijn positief, dus F₁ weg van q en q₁) en F₂ naar links (q en q)₂ zijn positief, dus F₂ weg van q en q₂). Eerst berekende F₁ en F₂.

De nettokracht is 7.5 Newton. De richting van de nettokracht is gelijk aan de richting van F.₁, naar rechts wijzend naar lading q₂.

Elektrisch veld

5. Een punt lading q bevindt zich op punt P in het elektrische veld. geproduceerd door de lading (+) zodat deze een kracht van 0.05 N ondervindt in de richting van de lading. Als de grootte van de elektrische veld- at punt P is 2 x 10^-2 NC^-1dan wat de grootte en het type lading die de oorzaak is elektrisch veld.

Bekend:

Elektrische kracht (F) = 0.05 N

Elektrisch veld (E) = 2 x 10 ^-2 NC ^-1 = 0.02 NC ^-1

Gezocht: De grootte en het type elektrische lading

oplossing:

De elektrische lading wordt berekend met behulp van een formule die de relatie uitdrukt tussen elektrische kracht (F), elektrisch veld (E) en elektrische lading (q):

F = q E

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

De lading q ondervindt een elektrische kracht in de richting van de lading (+), waardoor een elektrisch veld ontstaat, dus de lading q is negatief.

6. Ladingen A en B bevinden zich op een afstand van 4 meter van elkaar. Punt C ligt tussen beide ladingen in, op 1 meter afstand van punt A. Als Q_A = –300 μC, Q_B = 600 μC. 1/4 π ε₀ = 9 × 10⁹ Nm² C– 2, wat is dan de grootte van het elektrische veld op punt C dat door beide ladingen wordt opgewekt?

Bekend:

Afstand tussen ladingen A en B (r)_AB) = 4 meter

Afstand tussen punt C en lading A (r)_AC) = 1 meter

Afstand tussen punt C en lading B (r_BC) = 3 meter

Laad A (q_A) = –300 μC = -300 x 10^-6 C = -3 x 10^-4 Coulomb

Lading B (q_B) = 600 μC = 600 x 10^-6 C = 6 x 10^-4 Coulomb

Constante (k) = 9 × 10⁹ Nm² C^-2

Gewild : Elektrisch veld op punt C

oplossing:

Elektrisch veld opgewekt door lading A op punt C:

laden A is negatief, zodat de richting van het elektrische veld naar lading A wijst en van lading B af (naar links).

Het elektrische veld dat door lading B op punt C wordt opgewekt:

Lading B is positief, waardoor de richting van het elektrische veld van lading B af wijst en naar lading A (naar links).

Het resultaat van het elektrische veld op punt A:

E = E_A + E_B

E = (27 x 10⁵) + (6x 10⁵)

E = 33 x 10⁵ N / C

De richting van het elektrische veld wijst naar lading A en weg van lading B (naar links).

7. Een stofdeeltje van 1 mg zweeft in de lucht. Als de lading van het stofdeeltje 0.5 μC is en de zwaartekrachtversnelling 10 m/s², bepaal dan de grootte van het elektrische veld dat het stofdeeltje ondersteunt.

Bekend:

Massa stof (m) = 1 mg = 1 x 10^-6 kg

Lading van het stof (q) = 0.5 μC = 0.5 x 10^-6 C

Versnelling als gevolg van de zwaartekracht (g) = 10 m/s²²

Gewild : Elektrisch veld

oplossing:

w = mg

w = gewicht van het stof, m = massa van het stof, g = zwaartekrachtversnelling

De zwaartekracht werkt in op stof:

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

De vergelijking van het elektrische veld:

E = F/q

E = elektrisch veld, F = elektrische kracht, q = elektrische lading

Vervang F in de vergelijking van het elektrische veld door w in de vergelijking van het gewicht:

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. Twee ladingen q₁ = 32 μC en q₂ = -214 μC zijn gescheiden door een afstand x, zoals weergegeven in de onderstaande figuur. Er is geen elektrisch veld op punt P, dat zich op 10 cm van q bevindt.₂. Zoek x.

Bekend:

Laad 1 (Q₁) = 32 μC

Laad 2 (Q₂) = -214 μC

Afstand van punt P tot q₁ = x + 10 cm

De afstand van punt P tot q₂ = 10 cm

Gezocht: x

oplossing:

E₁ = elektrisch veld geproduceerd door lading Q₁De richting van het elektrische veld weg van Q.₁ omdat Q₁ is positief. E₂ = elektrisch veld geproduceerd door Q₂De richting van het elektrische veld wijst naar Q.₂ omdat Q₂ is negatief.

Er is geen nettokracht op punt p, dat zich op 10 cm afstand van Q bevindt.₂

Gebruik de kwadratische formule:

9. Een geladen punt q bevindt zich op punt P in het elektrische veld. geproduceerd door de lading (+), waardoor een kracht van 0.05 N ontstaat. Als de lading +5 × 0 is^-6 Coulomb, wat is dan de grootte van het elektrische veld op punt C?

Bekend:

Elektrische kracht (F) = 0.05 Newton

Elektrische lading (Q) = +5 × 0^-6 Coulomb = 0.000005

Gewild : Elektrisch veld op punt P

oplossing:

E = F / Q

E = 0.05 Newton / 0.000005 Coulomb

E = 5 Newton / 0.0005 Coulomb

E = 10,000 Newton/Coulomb

E=10⁴ N / C

E=10⁴ NC^-1

1. Wat is statische elektriciteit? AntwoordStatische elektriciteit verwijst naar de ophoping van elektrische lading op het oppervlak van objecten. Het wordt "statisch" genoemd omdat de ladingen op één plek blijven in plaats van te bewegen of te stromen zoals bij elektrische stroom.
2. Hoe wordt statische elektriciteit opgewekt? AntwoordStatische elektriciteit wordt vaak opgewekt door tribo-elektrische lading, waarbij bepaalde materialen geladen raken wanneer ze door wrijving in contact komen met een ander materiaal. Het wrijven van een ballon tegen je haar of het lopen over een tapijt met schoenen met rubberen zolen kan leiden tot de opbouw van statische lading.
3. Waarom schrik je soms als je een deurknop aanraakt nadat je over een tapijt hebt gelopen? AntwoordLopen op een tapijt, vooral in droge omstandigheden, kan leiden tot de opbouw van statische elektriciteit op uw lichaam. Wanneer u vervolgens een deurknop of een andere geleider aanraakt, kan deze statische lading snel ontladen, met een statische schok tot gevolg.
4. Welke invloed heeft luchtvochtigheid op statische elektriciteit? AntwoordEen hoge luchtvochtigheid vermindert de opbouw van statische elektriciteit. De watermoleculen in de lucht kunnen helpen bij het afvoeren van elektrische ladingen. Op drogere dagen is de kans op statische elektriciteitsopbouw en schokken groter.
5. Waarom zijn sommige materialen gevoeliger voor het ontwikkelen van een statische lading dan andere? AntwoordMaterialen verschillen in hun vermogen om elektronen vast te houden of over te dragen. Sommige materialen, zoals rubber of bepaalde kunststoffen, hebben de neiging om gemakkelijker elektronen op te nemen of af te geven dan andere, waardoor ze gevoeliger zijn voor de opbouw van statische lading.
6. Wat is het principe achter een elektroscoop? AntwoordEen elektroscoop is een apparaat dat gebruikt wordt om de aanwezigheid van statische elektriciteit te detecteren. Het bestaat doorgaans uit een metalen staaf die verbonden is met twee dunne metalen folieblaadjes. Wanneer een geladen voorwerp in de buurt van de staaf wordt gebracht, bewegen de blaadjes uit elkaar door de afstoting van gelijke ladingen, wat wijst op de aanwezigheid van statische elektriciteit.
7. Hoe elimineert aarding statische elektriciteit? AntwoordAarding biedt een pad waarlangs overtollige lading naar de aarde kan worden afgevoerd, die een enorm reservoir aan ladingen is. Wanneer een statisch geladen object wordt geaard, worden de extra ladingen geneutraliseerd, waardoor de statische opbouw wordt verminderd of geëlimineerd.
8. Waarom kunnen er vonken ontstaan ​​in een graansilo of tijdens het bijtanken van een vliegtuig, en waarom is dit gevaarlijk? AntwoordWanneer graan beweegt of tegen oppervlakken wrijft, kan statische elektriciteit ontstaan, en hetzelfde geldt voor de stroom van brandstof. Als er een opeenhoping van statische lading is, kan deze ontladen als een vonk. In omgevingen met brandbare gassen, stof of vloeistoffen (zoals in een graansilo of tijdens het bijtanken van een vliegtuig) kunnen deze vonken het brandbare materiaal ontsteken, wat tot explosies kan leiden.
9. Hoe werken antistatische sprays of producten? AntwoordAntistatische sprays en producten bevatten doorgaans stoffen die oppervlakken licht geleidend maken. Daardoor voorkomen ze de opbouw van statische ladingen of helpen ze eventuele opgebouwde ladingen af ​​te voeren.

10. Wat is de tribo-elektrische reeks? AntwoordDe tribo-elektrische reeks is een lijst die materialen rangschikt op basis van hun neiging om positief of negatief geladen te raken wanneer ze tegen een ander materiaal worden gewreven. Materialen bovenaan de lijst hebben de neiging positief geladen te raken, terwijl materialen onderaan de lijst de neiging hebben negatief geladen te raken.