Formel for elektrisk ladning og elektrisk kraft

Eksempelspørsmål og formler for elektrisk ladning og elektrisk kraft

Elektrisk ladning

1. To identiske ladninger, hver med en masse på m = 9√3 x 10⁻⁴ ^kg , henges på samme punkt ved hjelp av et tau med en lengde på l = 1 meter. Hvis de to ladningene er atskilt med en avstand på a = 1 meter, er størrelsen på hver ladning….

A. 4 mikrocoulomb
B. 2 mikrocoulomb
C. 1 mikrocoulomb
D. 0,5 mikrocoulomb

Diskusjon
Det er kjent at:
To identiske ladninger betyr to like ladninger, der like ladninger frastøter hverandre.
Lengde på tau (l) = 1 meter
Avstanden mellom de to ladningene (r) = 1 meter
Ladningsmasse (m) = 9√3 x 10^-4 kg
Tyngdeakselerasjon (g) = 10 m/s²
Tyngdekraft (w) = mg = (9√3 x 10^-4 kg)(10 m/s²) = 9√3 x 10^-3 Newton
Spurt Størrelsen på hver ladning (q)
Jawab:

Bildetekst:
F = Frastøtende elektrisk kraft mellom last 1 og 2
w₁ = Tyngdekraften til ball 1
w₂ = Tyngdekraften til ball 2
T₁ = Tauspenningskraft 1
T_1x = Komponent av strekkraften til tau 1 på x-aksen
T_1y = Komponent av strekkraften til tau 1 på y-aksen
T₂ = Tauspenningskraft 2
T_2x = Komponent av strekkraften til tau 2 på x-aksen
T_2y = Komponent av strekkraften til tau 2 på y-aksen
l₁ = lengde på tau 1
l_1x = komponent av lengden på strengen på x-aksen
l_1y = komponent av lengden på strengen på y-aksen

Beregn verdien av cos θ:

Beregn tauets strekkraft (T1 ₎ :

Beregn verdien av sin θ:

Beregn komponenten av strekkraften på tauet på x-aksen (T1x ₎ :

De to kulene er i likevekt slik at T _1x = F = 9 x ^10⁻³ Newton

Beregn ladningen til hver kule ved hjelp av Coulombs lovformel:

Størrelsen på hver ladning er 1 x 10^-6 Coulomb eller 1 mikrocoulomb.
Det riktige svaret er C.

Å gjøre en gjenstand elektrisk ladet

1. To måter å gi en gjenstand elektrisk ladning på er….
A. Gnidning og elektromagnetisme
B. Induksjon og elektromagnetisme
C. Gniding og induksjon
D. Induksjon og magnetisering
Diskusjon
To måter å gi en gjenstand en elektrisk ladning på er friksjon og induksjon.
Gniding er en måte å gi et objekt en positiv eller negativ elektrisk ladning ved å gni objektet med et annet objekt, for eksempel å gni en glasstav med ull eller gni en plastkam med tørt hår. Under friksjon beveger elektroner seg fra ett objekt til et annet slik at ett objekt har et overskudd av elektroner (mangler protoner) og deretter blir negativt ladet, og det andre objektet har elektronmangel (mangler protoner) og deretter blir positivt ladet.
Induksjon er en metode for å gjøre et objekt ladet ved å bringe det ladede objektet nær en nøytral metallkule, men uten å berøre den. Objektet som skal lades må ha frie elektroner, da disse frie elektronene kan bevege seg når de indusert av et elektrisk ladet objekt. Metalliske objekter har vanligvis frie elektroner. Objekter som glass, plast eller tre kan ikke gjøres elektrisk ladet ved induksjon fordi disse objektene ikke har frie elektroner.
Det riktige svaret er C.

Typer elektrisk ladning

2. Fire ladede objekter (P, Q, R og S) oppfører seg som følger. P og Q frastøter hverandre, P og R tiltrekker hverandre, R og S frastøter hverandre. Hvilket av følgende påstander er riktig?
A. Hvis P er negativt ladet, er S negativt ladet.
B. Hvis Q er negativt ladet, er S negativt ladet.
C. Hvis R er negativt ladet, så er P negativt ladet
D. Hvis S er negativt ladet, er P positivt ladet.
Diskusjon
P og Q frastøter hverandre fordi P og Q har samme ladning.
P og R tiltrekker hverandre, derfor har P og R ulik ladning
R og S frastøter hverandre, derfor har R og S samme ladning

Så hvis P og Q er positivt ladet, er R og S negativt ladet, eller hvis P og Q er negativt ladet, er R og S positivt ladet.
Det riktige svaret er D.

3. Spørsmål til den nasjonale naturfag-OL 2011 for ungdomsskoler på Regency-/bynivå nr. 59
Et objekt sies å være positivt ladet hvis ...
A. Objektet mottar protoner
B. Objektet frigjør protoner
C. Objekter mottar elektroner
D. Objekter frigjør elektroner
Diskusjon
Protoner er positivt ladet, mens elektroner er negativt ladet. Protoner er plassert i sentrum av atomer, noe som hindrer dem i å bevege seg fra ett objekt til et annet. Elektroner, derimot, er plassert på overflaten av atomer, slik at de kan bevege seg fra ett objekt til et annet. Objekter blir elektrisk ladet enten ved å frigjøre elektroner eller ved å ta opp elektroner. Hvis et objekt tar opp elektroner, har det et overskudd av elektroner (mangel på protoner), noe som resulterer i en negativ ladning. Hvis et objekt frigjør elektroner, har det et overskudd av elektroner (et overskudd av protoner), noe som resulterer i en positiv ladning.
Så basert på spørsmålet ovenfor, sies et objekt å ha en positiv ladning hvis objektet frigjør elektroner.
Det riktige svaret er D.

Elektrisk kraft

4. To elektriske ladninger på Q hver₁ og Q₂ er i en avstand R har en frastøtende kraft på 100 N. Hvis avstanden mellom de to ladningene reduseres til 1/3 R, blir den frastøtende kraften til de elektriske ladningene….
A. 33,33 N
B. 100 N
C. 300 N
D. 900 N
Diskusjon
Det er kjent at:
Elektrisk ladning 1 = Q₁
Elektrisk ladning 2 = Q₂
Avstand mellom de to ladningene = R
Frastøtningskraften mellom de to ladningene (F) = 100 Newton
Frastøtende kraft betyr at begge elektriske ladninger er av samme type, begge positive eller begge negative.
Spurt: Hvis avstanden mellom de to ladningene reduseres til 1/3 R, blir den frastøtende kraften til den elektriske ladningen...
Jawab:
Coulombs lovformel:
F = kQ₁ Q₂ /r₂
Anta at R = 1, så er verdien av Q₁.Q₂ kan beregnes:

Hvis avstanden mellom de to ladningene reduseres til 1/3 R, blir den frastøtende kraften til den elektriske ladningen (F):

Det riktige svaret er D.

5. Punktladning Q₁ = +4e og punktladning Q₂ = -3e holdes i en avstand på 0,3 m fra hverandre, som vist i figuren nedenfor. Slik at den elektriske kraften som virker på ladningen Q₂ er null, punktladningen Q₃ = +16e bør plasseres i….
A. 0,3 m til venstre for Q₁
B. 0,6 m til høyre for Q₁
C. 0,6 m til høyre for Q₂
D. 0,9 m til venstre for Q₂
Diskusjon
Det er kjent at:
Ladningen til et elektron (-e) eller proton (+e) = 1,60 x 10^-19 Coulomb
Punktladning Q₁ = +4e
Punktladning Q₂ = -3e
Punktladning Q₃ = +16e
Avstanden mellom punktladningene Q₁ og punktladning Q₂ = 0,3 meter
Spørsmål: Slik at den elektriske kraften som virker på ladningen Q₂ er null, punktladningen Q₃ = +16e bør plasseres i….
Jawab:
Den elektriske kraften mellom ladningene Q₁ og lad Q₂ :

Ladningen Q1 _er positiv og ladningen Q2 _er negativ, så retningen på den elektriske kraften F12 _er til venstre (mot ladningen Q1 ₎.

Slik at den resulterende elektriske kraften som virker på ladning Q₂ er null, så er størrelsen på den elektriske kraften mellom ladningene Q₂ og lad Q₃ (F₃₂) = størrelsen på den elektriske kraften mellom ladningene Q₁ og lad Q₂ (F₁₂) og retning F₃₂ må være motsatt av retningen til F₁₂Retning F₁₂ til venstre, derav retningen F₃₂ må gå til høyre. Husk Q₃ er positiv og Q₂ er en negativ ladning, slik at retningen til F₃₂ til høyre deretter ladningen Q₃ må plasseres til høyre for Q₂

Avstanden mellom ladningen Q2 _og ladningen Q3 _beregnes ved hjelp av Coulombs lovformel:

Det riktige svaret er C.

Kilde for spørsmålet:

Spørsmål til OSN på ungdomsskolens fysikkskole