Statisk elektrisitet – problemer og løsninger

Statisk elektrisitet – problemer og løsninger

Elektrisk kraft

1. Punkt A i et elektrisk felt . Størrelsen på det elektriske feltet i punkt A = 0.5 NC ^-1 . Hvis en ladning på 0.25 C plasseres i punkt A, hva er da den elektriske kraften som utøves på ladningen?

Kjent:

Elektrisk felt i punkt A = 0.5 NC ^-1

Elektrisk ladning i punkt A = 0.25 C

Ønskes: 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 har en avstand på 3 meter fra hverandre. Hvis Coulomb-konstanten er 9 × 10 ^ ⁹ Nm² ^{C –2} , hva er størrelsen på den elektriske kraften som oppleves av to ladninger?

Kjent:

Ladning 1 (q² ₎ = 5 C

Ladning 2 (q² ₎ = 4 C

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

Coulombs konstant (k) = 9 × 10^ ⁹ Nm² C ^{– 2}

Ønsket: Størrelsen på den elektriske kraften (F)

løsning:

3. Den elektriske ladningen +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; og q3 _er atskilt, som vist i figuren nedenfor. Hvis den elektriske kraften som utøves på ladningen q2 ₌ 0, hva er da ladningen til _q3?

Kjent:

Ladning 1 (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

Ladning 2 (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Ønskes: Hva er ladningen til q _3?

løsning:

Det er to krefter som virker på + _q².

Den første kraften er den frastøtende kraften mellom ladningen +q1 _og ladningen +q2, _det vil si F12 _, mot høyre.

Den netto elektriske kraften virker på q² ₌ 0, da må q³ _være negativ.

Den andre kraften er tiltrekningskraften mellom ladningen +q² _og -q³ _, det vil si F²3 _, mot venstre.

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

Nettokraften 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 (q² ₎ = 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

Avstanden mellom q² _og q = 2d

d = 30 cm = 0.3 meter

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Coulombs konstant (k) = 9 x 10^ ⁹ N m² ^C - ²

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

løsning:

Det er to krefter som virker på q, som er F1 _mot høyre (q og q1 _er positive, så F1 _bort fra q og q1 ₎ og F2 _mot venstre (q og q2 _er positive, så F2 _bort fra q og q2 ₎ . Først beregnet vi _F1 og _F2.

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

Elektrisk felt

5. En punktladning 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 det elektriske feltet i punktet P er 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , hva er da størrelsen og typen ladning som forårsaker det elektriske feltet^?

Kjent:

Elektrisk kraft (F) = 0.05 N

Elektrisk felt (E) = 2 x ^{10⁻² NC⁻¹} = 0.02 ^NC⁻¹

Ønskes: Størrelsen og typen 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 atskilt med en avstand på 4 meter. Punkt C er mellom begge ladningene, 1 meter fra punkt A. Hvis Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, hva er da størrelsen på det elektriske feltet i punkt C produsert av begge ladningene?

Kjent:

Avstanden mellom ladningene A og B (r _AB ) = 4 meter

Avstanden mellom punkt C og ladning A (r _AC ) = 1 meter

Avstanden mellom punkt C og ladning B (r _BC ) = 3 meter

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

Ladning B (qB ₎ = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁴ Coulomb

Konstant (k) = 9 × 10⁶ ^N m² ^C – ²

Ønskes: Elektrisk felt i punkt C

løsning:

Elektrisk felt produsert av ladning A i punkt C:

Ladning 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 10⁻⁴ ⁾ + (6 x ^10⁻⁴ )

E = 33 x 10⁻¹ ^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

Tyngdekraftakselerasjon (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 q2 _. Finn x.

Kjent:

Ladning 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Ladning 2 (Q² ₎ = -214 μC

Avstanden fra punkt P til q ₁ = x + 10 cm

Avstanden fra punkt P til q² ₌ 10 cm

Ønskes: x

løsning:

E1 = elektrisk felt produsert av ladning Q1 _{. Retningen} på det elektriske feltet er vekk fra Q1 _fordi Q1 _er positiv. _E2 = elektrisk felt produsert av Q2 _. Retningen på 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 har dermed 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 = 10⁻⁴ ^N /C

E = ^10⁻⁴ 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 rekken? Svar : Den 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.