Statická elektrina – problémy a riešenia

Statická elektrina – problémy a riešenia

Elektrická sila

1. Bod A v elektrickom poli . Veľkosť elektrického poľa v bode A = 0.5 NC ^-1 . Ak je v bode A umiestnený náboj s energiou 0.25 C, aká je elektrická sila , ktorá naň pôsobí?

Známe:

Elektrické pole v bode A = 0.5 NC ^-1

Elektrický náboj v bode A = 0.25 C

Hľadá sa: Elektrická sila

riešenie:

F = q E

F = (0.25 °C)(0.5 °C ^-1 )

F = 0.125 N

2. Dva náboje 5 C a 4 C sú od seba vzdialené 3 metre. Ak je Coulombova konštanta 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2 , aká je veľkosť elektrickej sily, ktorou pôsobia dva náboje?

Známe:

Náboj 1 (q² ₎ = 5 C

Náboj 2 (q² ₎ = 4 C

Vzdialenosť medzi nábojom 1 a nábojom 2 (r) = 3 metre

Coulombova konštanta (k) = 9 × ^10⁻⁹ Nm² C ^{– 2}

Hľadaná hodnota: Veľkosť elektrickej sily (F)

riešenie:

3. Elektrické náboje +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; a q3 _sú oddelené, ako je znázornené na obrázku nižšie. Ak je elektrická sila pôsobiaca na náboj q2 ₌ 0, aký je potom náboj _q3.

Známe:

Náboj 1 (q² ₎ = 10 μC = 10 x ^10⁻⁶ C

Náboj 2 (q² ₎ = 20 μC = 20 x ^10⁻⁶ C

Hľadá sa: Aký je náboj q3_?

riešenie:

_{Na + q²} pôsobia dve sily.

Prvou silou je odpudivá sila medzi nábojom +q1 _a nábojom +q2 _, ktorá je F12 _, smerom doprava.

_{Ak na q²} = 0 pôsobí výsledná elektrická sila, potom _q³ musí byť záporné.

Druhá sila je príťažlivá sila medzi nábojmi +q² _a -q³ _, teda F²³ _, smerom doľava.

Obe tieto sily pôsobia na q² _, majú rovnakú veľkosť, ale opačný smer.

Čistá sila pôsobí na +q² ₌ 0.

4. Tri náboje q1 _, q a q2 _sú usporiadané v jednej línii. Ak q = 5.0 μC a d = 30 cm, aká je veľkosť a smer elektrickej sily pôsobiacej na náboj q?

Známe:

Náboj 1 (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

Náboj 2 (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Náboj 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Vzdialenosť medzi q1 _a q = d

Vzdialenosť medzi q² _a q = 2d

d = 30 cm = 0.3 metra

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Coulombova konštanta (k) = 9 x 10 ⁹ N m ² C ^-2

Hľadá sa: Veľkosť a smer elektrickej sily pôsobiacej na elektrický náboj

riešenie:

Na q pôsobia dve sily, ktoré smerujú doprava F1 ₍ q a q1 _sú kladné, takže F1 _smeruje od q a _q1 ) a doľava F2 ₍ q a q2 _sú kladné, takže F2 _smeruje od q a q2 ₎ . Najprv sa vypočítajú _F1 a _F2.

Výsledná sila je 7.5 Newtonov. Smer výslednej sily = smer F₁, pravostranný bod na náboj q₂.

Elektrické pole

5. Bodový náboj q sa nachádza v bode P v elektrickom poli vytvorenom nábojom (+), takže naň pôsobí sila 0.05 N v smere k náboju. Ak je veľkosť elektrického poľa v bode P 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , aká je potom veľkosť a typ náboja, ktorý spôsobuje ^elektrické pole?

Známe:

Elektrická sila (F) = 0.05 N

Elektrické pole (E) = 2 x 10–2 ^NC – ¹ = 0.02 NC ^–1

Hľadá sa: Veľkosť a typ elektrického náboja

riešenie:

Elektrický náboj sa vypočíta pomocou vzorca, ktorý vyjadruje vzťah medzi elektrickou silou (F), elektrickým poľom (E) a elektrickým nábojom (q):

F = q E

q = F / E = 0.05 N / 0.02 NC ^–1 = 2.5 Coulomba

Na náboj q pôsobí elektrická sila v smere (+), ktorá vytvára elektrické pole, takže náboj q je záporný.

6. Náboje A a B sú od seba vzdialené 4 metre. Bod C je medzi oboma nábojmi, 1 meter od bodu A. Ak Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, aká je potom veľkosť elektrického poľa v bode C vytvoreného oboma nábojmi.

Známe:

Vzdialenosť medzi nábojmi A a B (r _AB ) = 4 metre

Vzdialenosť medzi bodom C a nábojom A (r _AC ) = 1 meter

Vzdialenosť medzi bodom C a nábojom B (r _BC ) = 3 metre

Náboj A (q _A ) = –300 μC = -300 x 10⁻⁶ ^C = -3 x ^10⁻⁴ Coulomb

Náboj B (q _B ) = 600 μC = 600 x ^10⁻⁶ C = 6 x ^10⁻⁴ Coulombov

Konštanta (k) = 9 × 109 ^N m² ^C – ²

Hľadané: Elektrické pole v bode C

riešenie:

Elektrické pole vytvorené nábojom A v bode C:

Náboj A je záporný, takže smer elektrického poľa ukazuje k náboju A a od náboja B (doľava).

Elektrické pole vytvorené nábojom B v bode C:

Náboj B je kladný, takže smer elektrického poľa je od náboja B smerom k náboju A (doľava).

Výslednica elektrického poľa v bode A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁻⁶ ⁾ + (6 x ^10⁻⁶ )

E = 33 x 10⁶ ^N /C

Smer elektrického poľa ukazuje na náboj A a od náboja B (doľava).

7. Prach s hmotnosťou 1 mg sa vznáša vo vzduchu. Ak je náboj prachu 0.5 μC a gravitačné zrýchlenie je 10 m/s2, určte veľkosť elektrického poľa, ktoré prach podopiera.

Známe:

Hmotnosť prachu (m) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

Náboj prachu (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Zrýchlenie v dôsledku gravitácie (g) = 10 m/ ^s²

Hľadá sa: Elektrické pole

riešenie:

w = mg

w = hmotnosť prachu, m = hmotnosť prachu, g = gravitačné zrýchlenie

Na prach pôsobí gravitačná sila:

w = mg = (1 x 10⁻⁶ ^kg )(10 m/s² ⁾ = 10 x ^10⁻⁶ kg m/s² ⁼ 10 x ^10⁻⁶ Newtonov

Rovnica elektrického poľa:

E = F/q

E = elektrické pole, F = elektrická sila, q = elektrický náboj

Do rovnice hmotnosti dosaďte F za w v rovnici elektrického poľa:

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. Dva náboje _q1 = 32 μC a q2 ₌ -214 μC sú od seba vzdialené o x, ako je znázornené na obrázku nižšie. V bode P, ktorý sa nachádza 10 cm od q2, nie je žiadne elektrické pole _. Nájdite x.

Známe:

Náboj 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Náboj 2 (Q2 ₎ = -214 μC

Vzdialenosť bodu P od bodu q ₁ = x + 10 cm

Vzdialenosť bodu P od q² ₌ 10 cm

Hľadané: x

riešenie:

E1 = elektrické pole vytvorené nábojom Q1 _. Smer elektrického poľa je od Q1, _pretože Q1 _je kladný. _E2 = elektrické pole vytvorené nábojom Q2 _. Smer elektrického poľa ukazuje na Q2, _{pretože Q2} je _záporný.

Žiadna výsledná sila v bode p, ktorý sa nachádza 10 cm od Q2_.

Použite kvadratický vzorec:

9. Nabitý bod q sa nachádza v bode P v elektrickom poli vytvorenom nábojom (+), teda s silou 0.05 N. Ak je náboj +5 × l0 ^–6 Coulomb, aká je potom veľkosť elektrického poľa v bode C?

Známe:

Elektrická sila (F) = 0.05 Newtonov

Elektrický náboj (Q) = +5 × l0 ^–6 Coulomb = 0.000005

Hľadané: Elektrické pole v bode P

riešenie:

E = F / Q

E = 0.05 Newtonov / 0.000005 Coulombov

E = 5 Newtonov / 0.0005 Coulombov

E = 10 000 Newtonov/Coulombov

E = 10⁴ ^N /C

E = ^10⁴ NC ^-1

1. Čo je statická elektrina? OdpoveďStatická elektrina označuje hromadenie elektrického náboja na povrchu predmetov. Nazýva sa „statická“, pretože náboje zostávajú na jednom mieste, a nie sa pohybujú alebo prúdia ako pri súčasnej elektrine.
2. Ako vzniká statická elektrina? OdpoveďStatická elektrina sa často vytvára procesom triboelektrického nabíjania, pri ktorom sa určité materiály nabijú, keď prídu do trecieho kontaktu s iným materiálom. Trenie balóna o vlasy alebo chôdza po koberci v topánkach s gumenou podrážkou môže viesť k hromadeniu statického náboja.
3. Prečo niekedy dostanete šok, keď sa dotknete kľučky po chôdzi po koberci? OdpoveďChôdza po koberci, najmä v suchom prostredí, môže spôsobiť nahromadenie statického náboja na tele. Keď sa dotknete kľučky alebo iného vodiča, náboje sa môžu rýchlo vybiť, čo má za následok statický šok.
4. Ako vlhkosť ovplyvňuje statickú elektrinu? OdpoveďVlhkosť má tendenciu znižovať hromadenie statickej elektriny. Molekuly vody vo vzduchu môžu pomôcť rozptýliť elektrické náboje. V suchších dňoch je vyššia pravdepodobnosť hromadenia statickej elektriny a šokov.
5. Prečo sú niektoré materiály náchylnejšie na vytváranie statického náboja ako iné? OdpoveďMateriály sa líšia svojou schopnosťou udržiavať alebo prenášať elektróny. Niektoré materiály, ako napríklad guma alebo určité plasty, majú tendenciu získavať alebo strácať elektróny ľahšie ako iné, čo ich robí náchylnejšími na hromadenie statického náboja.
6. Aký je princíp elektroskopu? OdpoveďElektroskop je zariadenie používané na detekciu prítomnosti statického náboja. Zvyčajne pozostáva z kovovej tyče pripojenej k dvom tenkým listom kovovej fólie. Keď sa k tyči priblíži nabitý predmet, listy sa od seba v dôsledku odpudzovania rovnakých nábojov roztiahnu, čo naznačuje prítomnosť statickej elektriny.
7. Ako uzemnenie eliminuje statický náboj? OdpoveďUzemnenie poskytuje cestu prebytočnému náboju, aby sa presunul do Zeme, ktorá je obrovským rezervoárom nábojov. Keď je staticky nabitý objekt uzemnený, prebytočné náboje sa neutralizujú, čím sa znižuje alebo eliminuje hromadenie statickej elektriny.
8. Prečo môžete vidieť iskry v obilnom sile alebo počas tankovania lietadla a prečo je to nebezpečné? OdpoveďPohyb alebo trenie zrna o povrchy môže generovať statickú elektrinu a to isté platí pre tok paliva. Ak sa nahromadí statický náboj, môže sa vybiť ako iskra. V prostrediach s horľavými plynmi, prachom alebo kvapalinami (napríklad v sile na obilie alebo počas tankovania v lietadle) môžu tieto iskry zapáliť horľavý materiál, čo vedie k výbuchu.
9. Ako fungujú antistatické spreje alebo produkty? OdpoveďAntistatické spreje a produkty zvyčajne obsahujú látky, vďaka ktorým sú povrchy mierne vodivé. Týmto spôsobom zabraňujú hromadeniu statického náboja alebo pomáhajú rozptyľovať akékoľvek hromadiace sa náboje.

10. Čo je to triboelektrický rad? Odpoveď : Triboelektrický rad je zoznam, ktorý zoradí materiály na základe ich tendencie stať sa kladne alebo záporne nabitými pri trení o iný materiál. Materiály na vrchole zoznamu majú tendenciu stať sa kladne nabitými, zatiaľ čo tie na konci majú tendenciu stať sa záporne nabitými.