Статическое электричество – проблемы и решения

Статическое электричество – проблемы и решения

Электрическая сила

1. Точка А находится в электрическом поле . Величина электрического поля в точке А равна 0.5 Кл⁻¹ ^. Если в точке А помещен заряд 0.25 Кл, то какая электрическая сила действует на этот заряд?

Известно:

Электрическое поле в точке А = 0.5 Н· ^Кл⁻¹

Электрический заряд в точке А = 0.25 Кл

Требуется: электрическая сила

решение:

F = q E

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

F = 0.125 Н

2. Два заряда 5 Кл и 4 Кл разделены расстоянием в 3 метра. Если постоянная Кулона равна 9 × 10⁹ ^Н ·м⁻² ^· Кл⁻² , какова величина электрической силы, действующей на два заряда^?

Известно:

Заряд 1 (q ₁ ) = 5 Кл

Заряд 2 (q ₂ ) = 4 Кл

Расстояние между зарядом 1 и зарядом 2 (r) = 3 метра

Постоянная Кулона (k) = 9 ^{× 10⁹} Нм² ^С⁻²

Требуется: Величина электрической силы (F)

решение:

3. Электрический заряд +q ₁ = 10 мкКл; +q ₂ = 20 мкКл; и q ₃ разделены, как показано на рисунке ниже. Электрическая сила, действующая на заряд q ₂ = 0, тогда чему равен заряд q ₃?

Известно:

Заряд 1 (q ₁ ) = 10 мкКл = 10 x 10 ^-6 Кл

Заряд 2 (q ₂ ) = 20 мкКл = 20 x 10 ^-6 Кл

Требуется: Каков заряд q3_?

решение:

_{На +q 2} действуют две силы.

Первая сила — это сила отталкивания между зарядом +q ₁ и зарядом +q ₂ , то есть F ₁₂ , направленная вправо.

Если результирующая электрическая сила действует на q ₂ = 0, то q ₃ должно быть отрицательным.

Вторая сила — это сила притяжения между зарядами +q ₂ и -q ₃ , то есть F ₂₃ , направленная влево.

Обе эти силы действуют на q² _, имеют одинаковую величину, но противоположное направление.

Результирующая сила действует на +q ₂ = 0.

4. Три заряда q₁ _, q₂ и q₃ _{расположены} на одной линии. Если q₁ = 5.0 мкКл и d = 30 см, то какова величина и направление электрической силы, действующей на заряд q₁?

Известно:

Заряд 1 (q ₁ ) = 30 мкКл = 30 x 10 ^-6 Кл

Заряд 2 (q ₂ ) = 60 мкКл = 60 x 10 ^-6 Кл

Заряд 3 (q) = 5 мкКл = 5 x ^10⁻⁶ Кл

Расстояние между q ₁ и q = d

Расстояние между q ₂ и q = 2d

d = 30 см = 0.3 метра

d ² = (0.3) ² = 0.09

Постоянная Кулона (k) = 9 x 10⁹ ^{Н ·} м² ^· С⁻²

Требуется: определить величину и направление электрической силы, действующей на электрический заряд.

решение:

На вектор q действуют две силы: F1, _{направленная} вправо (q и q1 _{положительны} , поэтому F1 _{направлена} ​​от q и q1 ₎ , и F2 _, направленная влево (q и q2 _{положительны} , поэтому F2 _{направлена} ​​от q и q2 ₎ . Сначала вычислим _F1 и _F2.

Равнодействующая сила равна 7.5 Ньютонам. Направление равнодействующей силы совпадает с направлением силы F.₁, направлена ​​вправо точка заряда q₂.

Электрическое поле

5. Точечный заряд q находится в точке P в электрическом поле, создаваемом зарядом (+), и испытывает силу 0.05 Н в направлении заряда. Если величина электрического поля в точке P равна 2 × 10⁻² ^Н · ^Кл⁻¹ , то какова величина и тип заряда, вызывающего это электрическое поле?

Известно:

Электрическая сила (F) = 0.05 Н

Электрическое поле (E) = 2 x 10 ^–2 НК ^–1 = 0.02 НК ^–1

Требуется: величина и тип электрического заряда.

решение:

Электрический заряд рассчитывается по формуле, выражающей связь между электрической силой (F), электрическим полем (E) и электрическим зарядом (q):

F = q E

q = F / E = 0.05 Н / 0.02 НК ^–1 = 2.5 Кулона

На заряд q действует электрическая сила в направлении положительного заряда (+), которая создает электрическое поле, поэтому заряд q отрицательный.

6. Заряды A и B разделены расстоянием в 4 метра. Точка C находится между обоими зарядами, на расстоянии 1 метра от точки A. Если Q A ⁼ –300 _мкКл ^, Q _B = 600 мкКл, то какова величина электрического поля в точке C, создаваемого обоими зарядами_?

Известно:

Расстояние между зарядами А и В (r _AB ) = 4 метра

Расстояние между точкой С и зарядом А (r _AC ) = 1 метр

Расстояние между точкой C и зарядом B (r _BC ) = 3 метра

Заряд A (q _A ) = –300 мкКл = -300 x 10⁻⁶ ^Кл = -3 x ^10⁻⁴ Кулон

Заряд B (q _B ) = 600 мкКл = 600 x 10⁻⁶ ^Кл = 6 x ^10⁻⁴ Кулонов

Константа (k) = 9 × 10⁹ ^{Н ·} м² ^· С⁻²

Требуется: электрическое поле в точке С.

решение:

Электрическое поле, создаваемое зарядом А в точке С:

Заряд А отрицательный, поэтому направление электрического поля направлено к заряду А и от заряда В (влево).

Электрическое поле, создаваемое зарядом B в точке C:

Заряд B положительный, поэтому направление электрического поля направлено от заряда B к заряду A (влево).

Результирующая электрического поля в точке А:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁵ ⁾ + (6 x ^10⁵ )

E = 33 x 10⁵ ^Н /С

Направление электрического поля указывает на заряд А и от заряда В (влево).

7. В воздухе плавает пыль массой 1 мг. Если заряд пыли составляет 0.5 мкКл, а ускорение свободного падения равно 10 м/с², определите величину электрического поля, поддерживающего пыль.

Известно:

Масса пыли (м) = 1 мг = 1 х ^10⁻⁶ кг

Заряд пыли (q) = 0.5 мкКл = 0.5 × ^10⁻⁶ Кл

Ускорение свободного падения (g) = 10 м/ ^с²

Требуется: Электрическое поле

решение:

w = мг

w = вес пыли, m = масса пыли, g = ускорение свободного падения

На пыль действует сила гравитации:

w = mg = (1 x ^10⁻⁶ кг)(10 м/с² ⁾ = 10 x ^10⁻⁶ кг м/с² ⁼ 10 x ^10⁻⁶ Ньютонов

Уравнение электрического поля:

E = F / q

E = электрическое поле, F = электрическая сила, q = электрический заряд

Подставим F в уравнение электрического поля, а w — в уравнение веса:

E = F/q = w/q

E = (10 x 10⁻⁶ ^Н ) / (0.5 x ^10⁻⁶ Кл)

E = 10 Н / 0,5 С

E = 20 Н/С

8. Два заряда q₁ ₌ 32 мкКл и q₂ ₌ -214 мкКл разделены расстоянием x, как показано на рисунке ниже. В точке P, расположенной на расстоянии 10 см от q₂, отсутствует электрическое поле _. Найдите x.

Известно:

Заряд 1 (Q ₁ ) = 32 мкКл

Заряд 2 (Q ₂ ) = -214 мкКл

Расстояние от точки P до точки _q1 = x + 10 см

Расстояние от точки P до точки q ₂ = 10 см

Разыскивается: x

решение:

E ₁ = электрическое поле, создаваемое зарядом Q _1. Направление электрического поля направлено от Q _1, потому что Q ₁ положительный. E ₂ = электрическое поле, создаваемое зарядом Q _2. Направление электрического поля направлено к Q ₂ , потому что Q ₂ отрицательный.

В точке p, расположенной на расстоянии 10 см от точки Q, отсутствует результирующая сила_.

Используйте формулу квадратного уравнения:

9. Точка с зарядом q находится в точке P в электрическом поле, создаваемом зарядом (+), и, следовательно, на нее действует сила 0.05 Н. Если заряд равен +5 × 0 ^–6 Кулон, то какова величина электрического поля в точке C?

Известно:

Электрическая сила (F) = 0.05 Ньютона

Электрический заряд (Q) = +5 × 0 ^–6 Кулон = 0.000005

Требуется: электрическое поле в точке P.

решение:

E = F / Q

E = 0.05 Ньютона / 0.000005 Кулона

E = 5 Ньютона / 0.0005 Кулона

E = 10 000 Ньютон/Кулон

E = 10⁴ ^Н /С

E ^{= 10⁴} Н⁻¹

1. Что такое статическое электричество? ОтветСтатическое электричество — это накопление электрического заряда на поверхности объектов. Оно называется «статическим», потому что заряды остаются в одном месте, а не движутся или перетекают, как при обычном электрическом токе.
2. Как генерируется статическое электричество? ОтветСтатическое электричество часто возникает в процессе трибоэлектрической зарядки, когда определенные материалы заряжаются при трении с другим материалом. Трение воздушного шарика о волосы или ходьба по ковру в обуви на резиновой подошве могут привести к накоплению статического заряда.
3. Почему вас иногда бьет током, когда вы прикасаетесь к дверной ручке после того, как прошлись по ковру? ОтветХодьба по ковру, особенно в сухих условиях, может привести к накоплению статического заряда на теле. При прикосновении к дверной ручке или другому проводнику заряд может быстро разрядиться, вызывая статический разряд.
4. Как влажность влияет на статическое электричество? ОтветВлажность воздуха, как правило, снижает накопление статического электричества. Молекулы воды в воздухе помогают рассеивать электрические заряды. В сухие дни вероятность накопления статического электричества и ударов током выше.
5. Почему одни материалы более склонны к образованию статического заряда, чем другие? ОтветМатериалы различаются по своей способности удерживать или передавать электроны. Некоторые материалы, такие как резина или некоторые виды пластмасс, склонны приобретать или терять электроны легче, чем другие, что делает их более подверженными накоплению статического заряда.
6. В чём принцип работы электроскопа? ОтветЭлектроскоп — это прибор, используемый для обнаружения статического заряда. Обычно он состоит из металлического стержня, соединенного с двумя тонкими пластинами из металлической фольги. Когда заряженный объект подносят к стержню, пластины расходятся из-за отталкивания одноименных зарядов, что указывает на наличие статического электричества.
7. Как заземление устраняет статический заряд? ОтветЗаземление обеспечивает путь для перемещения избыточного заряда в Землю, которая является огромным резервуаром зарядов. Когда статически заряженный объект заземлен, избыточные заряды нейтрализуются, уменьшая или устраняя накопление статического заряда.
8. Почему в зернохранилище или во время заправки самолета могут появляться искры, и почему это опасно? ОтветПеремещение или трение зерна о поверхности может генерировать статическое электричество, то же самое происходит и при движении топлива. При накоплении статического заряда он может разрядиться в виде искры. В средах с легковоспламеняющимися газами, пылью или жидкостями (например, в зернохранилище или во время заправки самолета) эти искры могут воспламенить легковоспламеняющийся материал, что приведет к взрывам.
9. Как действуют антистатические спреи или средства? ОтветАнтистатические спреи и средства обычно содержат вещества, которые делают поверхности слегка проводящими. Благодаря этому они предотвращают накопление статического заряда или помогают рассеивать любой накопленный заряд.

10. Что такое трибоэлектрический ряд? Ответ : Трибоэлектрический ряд — это список материалов, ранжированных по их способности приобретать положительный или отрицательный заряд при трении о другой материал. Материалы, находящиеся в верхней части списка, как правило, приобретают положительный заряд, а материалы в нижней части — отрицательный.