ස්ථිතික විදුලිය සාකච්ඡා කරන උදාහරණ ප්රශ්න
පෙන්ඩහුලුවන්
ස්ථිතික විදුලිය යනු අපගේ එදිනෙදා ජීවිතයේදී අපට නිතර මුණගැසෙන භෞතික සංසිද්ධියකි. දොර මිටියක් ස්පර්ශ කරන විට කුඩා විදුලි කම්පනයක් ලැබීමේ අත්දැකීමේ සිට ප්ලාස්ටික් පනාවකින් පීරන විට හිසකෙස් කෙළවරේ සිටගෙන සිටීම දක්වා සියල්ල ස්ථිතික විදුලිය පිළිබඳ මූලධර්ම මගින් පැහැදිලි කළ හැකිය. මෙම ලිපියෙන් ස්ථිතික විදුලි ගැටළු පිළිබඳ උදාහරණ කිහිපයක් සාකච්ඡා කරනු ඇත, මූලික සංකල්ප ගෙනහැර දැක්වීම සහ අදාළ නීති ක්රියාත්මක කිරීම.
ස්ථිතික විදුලිය අවබෝධ කර ගැනීම
ස්ථිතික විදුලිය යනු වස්තුවක මතුපිට විද්යුත් ආරෝපණ සමුච්චය වීමයි. මෙය සිදුවන්නේ එක් වස්තුවකින් තවත් වස්තුවකට ඉලෙක්ට්රෝන මාරු වීම නිසාය, සාමාන්යයෙන් ඝර්ෂණය හේතුවෙන් ඇතිවේ, උදාහරණයක් ලෙස බැලූනයක් හිසකෙස් මත ඇතිල්ලීම වැනි. මෙම විද්යුත් ආරෝපණයෙන් පැන නගින බලය කූලෝම්බ් නියමය මගින් පාලනය වේ.
කූලෝම්ගේ නියමය පවසන්නේ ආරෝපිත වස්තූන් දෙකක් අතර බලය අදාළ ආරෝපණවල විශාලත්වයන්හි ගුණිතයට සමානුපාතික වන අතර ඒවා අතර දුරෙහි වර්ගයට ප්රතිලෝමව සමානුපාතික වන බවයි. මෙම නියමය සඳහා ගණිතමය සූත්රය:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
කොහෙද:
– \( F \) යනු ආරෝපණ දෙකක් අතර බලයයි,
– \( k \) යනු කූලෝම් නියතය (\( 8.99 \times 10^9 \, N \cdot m^2 / C^2 \)),
– \( q_1 \) සහ \( q_2 \) යනු විද්යුත් ආරෝපණයේ විශාලත්වයන් වන අතර,
– \( r \) යනු ආරෝපණ දෙක අතර දුර වේ.
නියැදි ප්රශ්න සහ සාකච්ඡා
ප්රශ්නය 1: කූලෝම්බ්ගේ විද්යුත් බලය ගණනය කිරීම
විශාලත්වයේ ආරෝපණ දෙකක් \( 5 \, \mu C \) සහ \( -3 \, \mu C \) සෙන්ටිමීටර 20 ක දුරින් තබා ඇත. ආරෝපණ දෙක අතර විද්යුත් බලය ගණනය කරන්න!
සාකච්ඡාව:
පළමුව, ආරෝපණ සහ දුර ඒකක ජාත්යන්තර පද්ධතියට (SI) පරිවර්තනය කරන්න:
– \( q_1 = 5 \, \mu C = 5 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = -3 \, \mu C = -3 \times 10^{-6} \, C \)
– \( ආර් = 20 \, සෙ.මී. = 0.2 \, එම් \)
කූලෝම්බ් නියමය භාවිතයෙන් බලය ගණනය කරන්න:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \දකුණ) \frac{{|5 \times 10^{-6} \, C \times (-3 \times 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
\[ F = \වම( 8.99 \times 10^9 \දකුණ) \frac{{15 \times 10^{-12}}}{{0.04}} \]
\[ F = \වම( 8.99 \times 10^9 \දකුණ) \times 3.75 \times 10^{-10} \]
\[ එෆ් = 3.37 \, එන් \]
ආරෝපණ දෙක අතර බලය 3.37 N වන අතර එක් ආරෝපණයක් සෘණ බැවින් මෙම බලය ආකර්ශනීය වේ.
ප්රශ්නය 2: කූලෝම් බලයට දුරෙහි බලපෑම
ආරෝපණ දෙකක් \( +4 \, \mu C \) සහ \( +6 \, \mu C \) මීටර් 0.1 ක දුරකින් තබා ඇත. ආරෝපණ දෙක අතර දුර මීටර් 0.2 දක්වා වැඩි කළහොත්, කූලෝම් බලය වෙනස් වන ආකාරය තීරණය කරන්න!
සාකච්ඡාව:
පළමුව, ආරම්භක දුරින් බලය ගණනය කරන්න \( 0.1\, m \):
– \( q_1 = 4 \, \mu C = 4 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = 6 \, \mu C = 6 \times 10^{-6} \, C \)
– \( r_1 = 0.1 \, m \)
\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
\[ F_1 = \වම( 8.99 \times 10^9 \දකුණ) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = \වම( 8.99 \times 10^9 \දකුණ) \times 2.4 \times 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, එන් \]
දැන්, නව දුරින් බලය ගණනය කරන්න \( 0.2 \, m \):
– \( r_2 = 0.2 \, m \)
\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]
\[ F_2 = \වම( 8.99 \times 10^9 \දකුණ) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = \වම( 8.99 \times 10^9 \දකුණ) \times 6 \times 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, එන් \]
මේ අනුව, ආරෝපණ දෙක අතර දුර මීටර් 0.1 සිට මීටර් 0.2 දක්වා වැඩි කළ විට, කූලෝම් බලය 2.1576 N සිට 0.5394 N දක්වා අඩු වේ.
ගැටලුව 3: බරක් ගෙනයාමේ කාර්යය
\( V_A = 100 \, V \) සහ \( V_B = 40 \, V \) විභවයන් සහිත විද්යුත් ක්ෂේත්රයක ආරෝපණයක් \( q = 2 \, \mu C \) A ලක්ෂ්යයේ සිට B ලක්ෂ්යයට ගෙන යනු ලැබේ. ආරෝපණය චලනය කිරීමට කොපමණ කාර්යයක් සිදු වේද?
සාකච්ඡාව:
විද්යුත් ක්ෂේත්රයක ආරෝපණයක් චලනය කිරීම සඳහා කරන ලද කාර්යය සූත්රය භාවිතයෙන් ගණනය කළ හැකිය:
\[ W = q (V_A – V_B) \]
දන්නා අගයන් ආදේශ කරන්න:
– \( q = 2 \, \mu C = 2 \times 10^{-6} \, C \)
– \( V_A = 100 \, V \)
– \( V_B = 40 \, V \)
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) (100 \, V – 40 \, V) \]
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) \times 60 \, V \]
\[ W = 1.2 \times 10^{-4} \, J \]
ඉතින්, ආරෝපණය චලනය කිරීමට කරන ලද කාර්යය \( 1.2 \times 10^{-4} \, J \) වේ.
නිගමනය
ස්ථිතික විදුලිය යනු එදිනෙදා ජීවිතයේ විවිධ අවස්ථාවන්හිදී බොහෝ විට කාර්යභාරයක් ඉටු කරන සිත් ඇදගන්නාසුළු සංසිද්ධියකි. කූලෝම්බ්ගේ නියමය සහ විද්යුත් ක්ෂේත්රවල මූලධර්ම වැනි මූලික සංකල්ප තේරුම් ගැනීම අදාළ ගැටළු විශ්ලේෂණය කිරීම සහ විසඳීම සඳහා ඉතා වැදගත් වේ. සාකච්ඡා කරන ලද උදාහරණ හරහා, විද්යුත් ආරෝපණ අතර අන්තර්ක්රියා සහ ඒවා අතර ක්රියා කරන බලවේගවල විශාලත්වය තේරුම් ගැනීමට අපට භෞතික විද්යා න්යායන් යෙදිය හැකිය. ස්ථිර අවබෝධයක් ඇතිව, අපට එදිනෙදා ජීවිතයේදී ස්ථිතික විදුලිය පිළිබඳ සංසිද්ධිය වඩා හොඳින් අගය කර පාලනය කළ හැකිය.
