Statisk elektrisitet – problemer og løsninger

Statisk elektrisitet – problemer og løsninger

Elektrisk kraft

1. Punkt A i en elektrisk feltStørrelsen på det elektriske feltet i punkt A = 0.5 NC^-1Hvis en ladning på 0.25 C plasseres i punkt A, hva er da elektrisk kraft utøvd på ladningen.

Kjent:

Elektrisk felt i punkt A = 0.5 NC^-1

Elektrisk ladning ved punkt A = 0.25 °C

Wanted: Elektrisk kraft

løsning:

F = q E

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

F = 0.125 N

2. To ladninger på 5 C og 4 C er 3 meter fra hverandre. Hvis Coulomb-konstanten er 9 × 10⁹ Nm² C^-2, hva er størrelsen på den elektriske kraften som oppleves av to ladninger?

Kjent:

Ladning 1 (q₁) = 5 °C

Ladning 2 (q₂) = 4 °C

Avstand mellom ladning 1 og ladning 2 (r) = 3 meter

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

Ønskes: Størrelsen på den elektriske kraften (F)

løsning:

3. Elektrisk ladning +q₁ = 10 μC ; +q₂ = 20 μC; og q₃ er atskilt, som vist i figuren nedenfor. Den elektriske kraften som utøves på ladning q₂ = 0, hva er da ladningen til q₃.

Kjent:

Ladning 1 (q₁) = 10 μC = 10 x 10^-6 C

Ladning 2 (q₂) = 20 μC = 20 x 10^-6 C

Ønskes: Hva er ladningen til q₃

løsning:

Det er to krefter som virker på +q₂.

Den første kraften er frastøtingskraften mellom ladning + q₁ og ladning +q₂ det er F₁₂, mot høyre.

Netto elektrisk kraft virker på q₂ = 0 så q₃ må være negativ.

Den andre kraften er tiltrekningskraften mellom ladning + q₂ og -q₃ det er F₂₃, mot venstre.

Begge disse kreftene virker på q₂, har samme størrelsesorden, men motsatt retning.

Nettokraft virker på +q₂ = 0.

4. Tre ladninger q₁, q og q₂ er på linje. Hvis q = 5.0 μC og d = 30 cm, hva er da størrelsen og retningen på den elektriske kraften som virker på ladningen q.

Kjent:

Ladning 1 (q₁) = 30 μC = 30 x 10^-6 C

Ladning 2 (q₂) = 60 μC = 60 x 10^-6 C

Ladning 3 (q) = 5 μC = 5 x 10^-6 C

Avstand mellom q₁ og q = d

Avstand mellom q₂ og q = 2d

d = 30 cm = 0.3 meter

d² = (0.3)² = 0.09

Coulombs konstant (k) = 9 x 10⁹ N m² C^-2

Ønskes: Størrelsen og retningen til den elektriske kraften virker på den elektriske ladningen

løsning:

Det er to krefter som virker på q, som er F₁ høyre (q og q₁ er positive, så F₁ bort fra q og q₁) og F₂ venstre (q og q₂ er positive, så F₂ bort fra q og q₂). Først beregnet F₁ og F₂.

Nettokraften er 7.5 Newton. Retningen på nettokraften = retningen til F₁, høyre punkt for å lade q₂.

Elektrisk felt

5. Et poeng kostnad q er i punktet P i det elektriske feltet produsert av ladningen (+) slik at den opplever en kraft på 0.05 N i retning mot ladningen. Hvis størrelsen på den elektriske felt at Punkt P er 2 x 10^-2 NC^-1, deretter hva er størrelsen og typen ladning som forårsaker elektrisk feltet.

Kjent:

Elektrisk kraft (F) = 0.05 N

Elektrisk felt (E) = 2 x 10 ^-2 NC ^-1 = 0.02 NC ^-1

Wanted: Størrelsen og typen av elektrisk ladning

løsning:

Den elektriske ladningen beregnes ved hjelp av en formel som uttrykker forholdet mellom elektrisk kraft (F), det elektriske feltet (E) og elektrisk ladning (q):

F = q E

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

Ladningen q opplever en elektrisk kraft i ladningsretningen (+) som produserer et elektrisk felt, så ladningen q er negativ.

6. Ladningene A og B er 4 meter fra hverandre. Punkt C er mellom begge ladningene, 1 meter fra punkt A. Hvis Q_A = –300 μC, Q_B = 600 μC. 1/4 πε₀ = 9 × 10⁹ N m² C–2, hva er da størrelsen på det elektriske feltet i punkt C produsert av begge ladningene.

Kjent:

Avstand mellom ladningene A og B (r_AB) = 4 meter

Avstand mellom punkt C og ladning A (r_AC) = 1 meter

Avstand mellom punkt C og ladning B (r_BC) = 3 meter

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

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

Konstant (k) = 9 × 10⁹ N m² C^-2

Ønskes: Elektrisk felt i punkt C

løsning:

Elektrisk felt produsert av ladning A i punkt C:

Belaste A er negativ, slik at retningen på det elektriske feltet peker mot ladning A og bort fra ladning B (mot venstre).

Det elektriske feltet som produseres av ladning B i punkt C:

Ladning B er positiv, slik at retningen på det elektriske feltet er vekk fra ladning B og peker mot ladning A (mot venstre).

Resultanten av det elektriske feltet i punkt A:

E = E_A + E_B

E = (27 x 10⁵) + (6 x 10⁵)

E = 33 x 10⁵ N / C

Retningen på det elektriske feltet peker mot ladning A og bort fra ladning B (mot venstre).

7. Et støv på 1 mg svever i luften. Hvis støvets ladning er 0.5 μC og tyngdeakselerasjonen er 10 m/s², bestem størrelsen på det elektriske feltet som støtter støvet.

Kjent:

Støvmasse (m²) = 1 mg = 1 x 10^-6 kg

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

Tyngdeakselerasjon (g) = 10 m/s²

Ønskes: Elektrisk felt

løsning:

w = mg

w = støvets vekt, m = støvets masse, g = tyngdeakselerasjon

Tyngdekraften virker på støv:

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

Ligningen for det elektriske feltet:

E = F/q

E = elektrisk felt, F = elektrisk kraft, q = elektrisk ladning

Sett inn F i ligningen for elektrisk felt med w i ligningen for vekt:

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. To ladninger q₁ = 32 μC og q₂ = -214 μC er atskilt med en avstand på x, som vist i figuren nedenfor. Det er ikke noe elektrisk felt i punkt P som ligger 10 cm fra q.₂Finn x.

Kjent:

Ladning 1 (Q₁) = 32 μC

Ladning 2 (Q₂) = -214 μC

Avstanden mellom punkt P og q₁ = x + 10 cm

Avstanden mellom punkt P og q₂ = 10 cm

Wanted: x

løsning:

E₁ = elektrisk felt produsert av ladning Q₁Retningen til det elektriske feltet bort fra Q₁ fordi Q₁ er positiv. E₂ = elektrisk felt produsert av Q₂Retningen til det elektriske feltet peker mot Q₂ fordi Q₂ er negativ.

Ingen nettokraft i punkt p som ligger 10 cm fra Q₂

Bruk kvadratisk formel:

9. Et ladet punkt q er i punktet P i det elektriske feltet produsert av ladningen (+), og dermed ha en kraft på 0.05 N. Hvis ladningen er +5 × l0^-6 Coulomb, hva er da størrelsen på det elektriske feltet i punkt C.

Kjent:

Elektrisk kraft (F) = 0.05 Newton

Elektrisk ladning (Q) = +5 × l0^-6 Coulomb = 0.000005

Ønskes: Elektrisk felt i punkt P

løsning:

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. Hva er statisk elektrisitet? SvarStatisk elektrisitet refererer til oppbygging av elektrisk ladning på overflaten av objekter. Det kalles «statisk» fordi ladningene forblir på ett område i stedet for å bevege seg eller flyte som i strøm.
2. Hvordan genereres statisk elektrisitet? SvarStatisk elektrisitet genereres ofte gjennom triboelektrisk lading, der visse materialer blir ladet når de kommer i friksjonskontakt med et annet materiale. Å gni en ballong mot håret eller å gå over et teppe i sko med gummisåler kan føre til oppbygging av statisk elektrisitet.
3. Hvorfor får man noen ganger sjokk når man berører et dørhåndtak etter å ha gått på et teppe? SvarÅ gå på et teppe, spesielt i tørre forhold, kan føre til oppbygging av statisk elektrisitet på kroppen. Når du berører et dørhåndtak eller en annen leder, kan ladningene utlades raskt, noe som resulterer i et statisk støt.
4. Hvordan påvirker fuktighet statisk elektrisitet? SvarFuktighet har en tendens til å redusere oppbygging av statisk elektrisitet. Vannmolekylene i luften kan bidra til å avlede elektriske ladninger. På tørrere dager er det større sannsynlighet for å oppleve statisk elektrisitet og støt.
5. Hvorfor er noen materialer mer utsatt for å utvikle statisk elektrisitet enn andre? SvarMaterialer har ulik evne til å holde eller overføre elektroner. Noen materialer, som gummi eller visse plasttyper, har en tendens til å ta opp eller miste elektroner lettere enn andre, noe som gjør dem mer utsatt for statisk ladning.
6. Hva er prinsippet bak et elektroskop? SvarEt elektroskop er en enhet som brukes til å oppdage tilstedeværelsen av en statisk ladning. Det består vanligvis av en metallstang koblet til to tynne blader av metallfolie. Når en ladet gjenstand bringes nær stangen, beveger bladene seg fra hverandre på grunn av frastøting av like ladninger, noe som indikerer tilstedeværelsen av statisk elektrisitet.
7. Hvordan eliminerer jording statiske ladninger? SvarJording gir en vei for overflødig ladning å bevege seg til jorden, som er et stort reservoar av ladninger. Når et statisk ladet objekt jordes, nøytraliseres de ekstra ladningene, noe som reduserer eller eliminerer den statiske oppbyggingen.
8. Hvorfor kan man se gnister i en kornsilo eller under påfylling av drivstoff på et fly, og hvorfor er dette farlig? SvarKorn som beveger seg eller gnisser mot overflater kan generere statisk elektrisitet, og det samme gjelder for drivstoffstrømmen. Hvis det oppstår en opphopning av statisk elektrisitet, kan den utlades som en gnist. I miljøer med brennbare gasser, støv eller væsker (for eksempel i en kornsilo eller under påfylling av fly), kan disse gnistene antenne det brennbare materialet, noe som fører til eksplosjoner.
9. Hvordan fungerer antistatiske sprayer eller produkter? SvarAntistatiske sprayer og produkter inneholder vanligvis stoffer som gjør overflater svakt ledende. Ved å gjøre dette forhindrer de oppbygging av statiske ladninger eller bidrar til å avlede eventuelle ladninger som bygger seg opp.

10. Hva er den triboelektriske serien? SvarDen triboelektriske rekken er en liste som rangerer materialer basert på deres tendens til å bli positivt eller negativt ladet når de gnis mot et annet materiale. Materialer øverst på listen har en tendens til å bli positivt ladet, mens de nederst har en tendens til å bli negativt ladet.