Statisk elektricitet – problem och lösningar

Statisk elektricitet – problem och lösningar

Elektrisk kraft

1. Punkt A i ett elektriskt fält . Storleken på det elektriska fältet vid punkt A = 0.5 NC ^-1 . Om en laddning på 0.25 C placeras vid punkt A, vad är då den elektriska kraften som utövas på laddningen.

Känd:

Elektriskt fält vid punkt A = 0.5 NC ^-1

Elektrisk laddning vid punkt A = 0.25 C

Önskad: Elektrisk kraft

lösning:

F = q E

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

F = 0.125N

2. Två laddningar, 5 C och 4 C, ligger 3 meter från varandra. Om Coulombkonstanten är 9 × 10^ ⁹ Nm ^{^2} C ^–2 , vad är då storleken på den elektriska kraft som upplevs av två laddningar?

Känd:

Laddning 1 (q² ₎ = 5 C

Laddning 2 (q² ₎ = 4 C

Avstånd mellan laddning 1 och laddning 2 (r) = 3 meter

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

Önskad: Storleken på den elektriska kraften (F)

lösning:

3. Den elektriska laddningen +q1 ₌ 10 μC; +q2 ₌ 20 μC; och q3 _är separerade, såsom visas i figuren nedan. Om den elektriska kraften utövas på laddningen q2 ₌ 0, vad är då laddningen för _q3?

Känd:

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

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

Önskad fråga: Vad är laddningen för q _3?

lösning:

Det verkar två krafter på + _q².

Den första kraften är den repellerande kraften mellan laddningen +q1 _och laddningen +q2, _det vill säga F12 _, åt höger.

Den elektriska nettokraften verkar på q² ₌ 0, då måste q³ _vara negativ.

Den andra kraften är attraktionskraften mellan laddningen +q² _och -q³ _, det vill säga F²3 _, åt vänster.

Båda dessa krafter verkar på q² _och har samma storlek men motsatt riktning.

Nettokraften verkar på +q² ₌ 0.

4. Tre laddningar q1 _, q och q2 _är i linje. Om q = 5.0 μC och d = 30 cm, vad är då storleken och riktningen på den elektriska kraften som verkar på laddningen q?

Känd:

Laddning 1 (q² ₎ = 30 μC = 30 x ^10⁻⁶ C

Laddning 2 (q² ₎ = 60 μC = 60 x ^10⁻⁶ C

Laddning 3 (q) = 5 μC = 5 x ^10⁻⁶ C

Avståndet mellan q1 _och q = d

Avståndet mellan q² _och q = 2d

d = 30 cm = 0.3 meter

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

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

Önskat: Storleken och riktningen på den elektriska kraften verkar på den elektriska laddningen

lösning:

Det finns två krafter som verkar på q: F1 _åt höger (q och q1 _är positiva, så F1 _bort från q och _q1 ) och F2 _åt vänster (q och q2 _är positiva, så F2 _bort från q och q2 ₎ . Först beräknade jag _F1 och _F2.

Nettokraften är 7.5 Newton. Nettokraftens riktning = riktningen för F₁, högerpunkt för att ladda q₂.

Elektriskt fält

5. En punktladdning q befinner sig vid punkten P i det elektriska fältet som produceras av laddningen (+) så att den upplever en kraft på 0.05 N i riktning mot laddningen. Om magnituden på det elektriska fältet vid punkten P är 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ , vad är då magnituden och typen av laddning som orsakar det elektriska fältet^?

Känd:

Elektrisk kraft (F) = 0.05 N

^{Elektriskt fält (} E) = 2 x 10⁻² ^NC⁻¹ = 0.02 ^NC⁻¹

Önskas: Storleken och typen av elektrisk laddning

lösning:

Den elektriska laddningen beräknas med hjälp av en formel som uttrycker förhållandet mellan elektrisk kraft (F), det elektriska fältet (E) och den elektriska laddningen (q):

F = q E

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

Laddningen q upplever en elektrisk kraft i laddningsriktningen (+) vilket producerar ett elektriskt fält, så laddningen q är negativ.

6. Laddningarna A och B är separerade med ett avstånd på 4 meter. Punkt C ligger mellan båda laddningarna, 1 meter från punkt A. Om Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, vad är då storleken på det elektriska fältet vid punkt C som produceras av båda laddningarna.

Känd:

Avståndet mellan laddningarna A och B (r _AB ) = 4 meter

Avståndet mellan punkt C och laddning A (r _AC ) = 1 meter

Avståndet mellan punkt C och laddning B (rBC ₎ = 3 meter

Laddning A (qA ₎ = –300 μC = -300 x ^10⁻⁶ C = -3 x ^10⁻⁴ Coulomb

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

Konstant (k) = 9 × 10^ ⁹ N m^ ² C ^–2

Önskat: Elektriskt fält vid punkt C

lösning:

Elektriskt fält producerat av laddning A vid punkt C:

Laddning A är negativ så att det elektriska fältets riktning pekar mot laddning A och bort från laddning B (åt vänster).

Det elektriska fältet som produceras av laddning B vid punkt C:

Laddning B är positiv så att det elektriska fältets riktning är bort från laddning B och pekar mot laddning A (åt vänster).

Resultanten av det elektriska fältet vid punkt A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁻¹ ⁾ + (6 x ^10⁻¹ )

E = 33 x 10⁻¹ ^N /C

Det elektriska fältets riktning pekar mot laddning A och bort från laddning B (åt vänster).

7. Ett 1 mg-damm svävar i luften. Om dammets laddning är 0.5 μC och tyngdaccelerationen är 10 m/s², bestäm storleken på det elektriska fältet som stöder dammet.

Känd:

Dammets massa (m²) = 1 mg = 1 x ^10⁻⁶ kg

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

Tyngdacceleration (g) = 10 m/ ^s²

Önskat: Elektriskt fält

lösning:

w = mg

w = stoftvikt, m = stoftmassa, g = tyngdacceleration

Tyngdkraften verkar på stoft:

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

Ekvationen för det elektriska fältet:

E = F/q

E = elektriskt fält, F = elektrisk kraft, q = elektrisk laddning

Ersätt F i ekvationen för det elektriska fältet med w i ekvationen för vikt:

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. Två laddningar q1 ₌ 32 μC och q2 ₌ -214 μC är separerade med ett avstånd på x, såsom visas i figuren nedan. Inget elektriskt fält finns vid punkten P belägen 10 cm från q2 _. Bestäm x.

Känd:

Laddning 1 (Q1 ₎ = 32 μC

Laddning 2 (Q² ₎ = -214 μC

Avståndet mellan punkt P och q ₁ = x + 10 cm

Avståndet mellan punkt P och q² ₌ 10 cm

Önskas: x

lösning:

E1 ₌ elektriskt fält producerat av laddningen Q1 _. Det elektriska fältet är riktat bort från Q1 _eftersom Q1 _är positiv. _E2 = elektriskt fält producerat av Q2 _. Riktningen på det elektriska fältet pekar mot Q2 _eftersom Q2 _är negativ.

Ingen nettokraft vid punkt p belägen 10 cm från _Q2

Använd kvadratisk formel:

9. En laddad punkt q befinner sig vid punkten P i det elektriska fältet som produceras av laddningen (+), och har således en kraft på 0.05 N. Om laddningen är +5 × l0–6 ^Coulomb , vad är då magnituden på det elektriska fältet vid punkt C?

Känd:

Elektrisk kraft (F) = 0.05 Newton

Elektrisk laddning (Q) = +5 × l0–6 ^Coulomb = 0.000005

Önskat: Elektriskt fält vid punkt P

lösning:

E = F / Q

E = 0.05 Newton / 0.000005 Coulomb

E = 5 Newton / 0.0005 Coulomb

E = 10 000 Newton/Coulomb

E = 10⁴ ^N /C

^E = ^10⁻⁴NC -1

1. Vad är statisk elektricitet? SvarStatisk elektricitet avser uppbyggnad av elektrisk laddning på ytan av föremål. Det kallas "statisk" eftersom laddningarna stannar kvar på ett område snarare än att röra sig eller flyta som i ström.
2. Hur genereras statisk elektricitet? SvarStatisk elektricitet genereras ofta genom triboelektrisk laddning, där vissa material laddas när de kommer i friktionskontakt med ett annat material. Att gnugga en ballong mot håret eller gå över en matta i skor med gummisulor kan leda till att statisk elektricitet byggs upp.
3. Varför får man ibland en stöt när man rör vid ett dörrhandtag efter att ha gått på en matta? SvarAtt gå på en matta, särskilt i torra förhållanden, kan orsaka att statiska laddningar ansamlas på kroppen. När du rör vid ett dörrhandtag eller en annan ledare kan laddningarna urladdas snabbt, vilket resulterar i en statisk stöt.
4. Hur påverkar fuktighet statisk elektricitet? SvarFuktighet tenderar att minska uppbyggnaden av statisk elektricitet. Vattenmolekylerna i luften kan hjälpa till att avleda elektriska laddningar. På torrare dagar är det större sannolikhet för statisk elektricitet och stötar.
5. Varför är vissa material mer benägna att utveckla statisk elektricitet än andra? SvarMaterial skiljer sig åt i sin förmåga att hålla eller överföra elektroner. Vissa material, såsom gummi eller vissa plaster, tenderar att ta upp eller förlora elektroner lättare än andra, vilket gör dem mer benägna att byggas upp statisk laddning.
6. Vad är principen bakom ett elektroskop? SvarEtt elektroskop är en anordning som används för att detektera närvaron av en statisk laddning. Det består vanligtvis av en metallstav som är ansluten till två tunna blad av metallfolie. När ett laddat föremål förs nära staven, rör sig bladen isär på grund av att liknande laddningar stöter bort varandra, vilket indikerar närvaron av statisk elektricitet.
7. Hur eliminerar jordning statiska laddningar? SvarJordning ger en väg för överskottsladdning att röra sig till jorden, som är en enorm reservoar av laddningar. När ett statiskt laddat objekt jordas neutraliseras de extra laddningarna, vilket minskar eller eliminerar den statiska uppbyggnaden.
8. Varför kan man se gnistor i en spannmålssilo eller under tankning av ett flygplan, och varför är detta farligt? SvarSpannmål som rör sig eller skaver mot ytor kan generera statisk elektricitet, och detsamma gäller bränsleflödet. Om det byggs upp statisk elektricitet kan den urladdas som en gnista. I miljöer med brandfarliga gaser, damm eller vätskor (t.ex. i en spannmålssilo eller vid tankning av flygplan) kan dessa gnistor antända det brandfarliga materialet, vilket leder till explosioner.
9. Hur fungerar antistatiska sprayer eller produkter? SvarAntistatiska sprayer och produkter innehåller vanligtvis ämnen som gör ytor lätt ledande. Genom att göra det förhindrar de uppbyggnad av statisk elektricitet eller hjälper till att avleda eventuella laddningar som byggs upp.

10. Vad är den triboelektriska serien? Svar : Den triboelektriska serien är en lista som rangordnar material baserat på deras tendens att bli positivt eller negativt laddade när de gnids mot ett annat material. Material högst upp i listan tenderar att bli positivt laddade, medan de längst ner tenderar att bli negativt laddade.