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, är 3 meter från varandra. Om Coulombkonstanten är 9 × 10⁹ Nm² C^-2, hur stor är den elektriska kraften som upplevs av två laddningar?

Känd:

Laddning 1 (q₁) = 5 °C

Laddning 2 (q₂) = 4 °C

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

Coulombs konstant (k) = 9 × 10⁹ Nm² C^-2

Önskad: Storleken på den elektriska kraften (F)

lösning:

3. Elektrisk laddning +q₁ = 10 μC ; +q₂ = 20 μC; och q₃ är separerade, som visas i figuren nedan. Den elektriska kraften som 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: Vad är laddningen för q₃

lösning:

Det verkar två krafter på +q₂.

Den första kraften är den repellerande kraften mellan laddning + q₁ och laddning +q₂ det är F₁₂, åt höger.

Nettoelektriska kraften verkar på q₂ = 0 då q₃ måste vara negativ.

Den andra kraften är attraktionskraften mellan laddning + q₂ och -q₃ det är F₂₃, åt vänster.

Båda dessa krafter verkar på q₂, har samma magnitud men motsatt riktning.

Nettokraften verkar på +q₂ = 0.

4. Tre laddningar q₁, q och q₂ är i en 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 (q₁) = 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

Avstånd mellan q₁ och q = d

Avstånd mellan q₂ och q = 2d

d = 30 cm = 0.3 meter

d² = (0.3) ^{² =} 0.09

Coulombs konstant (k) = 9 x 10⁹ Nej. m² C^-2

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

lösning:

Det finns två krafter som verkar på q, det vill säga F₁ åt höger (q och q₁ är positiva så F₁ bort från q och q₁) och F₂ vänster (q och q₂ är positiva så F₂ bort från q och q₂). Först beräknade F₁ och F₂.

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

Elektriskt fält

5. En poäng laddning q är vid punkten P i det elektriska fältet produceras av laddningen (+) så att den upplever en kraft på 0.05 N i riktning mot laddningen. Om magnituden av den elektriska fält at punkt P är 2 x 10^-2 NC^-1och sedan vad som är storleken och typen av laddning som orsakar elektrisk fält.

Känd:

Elektrisk kraft (F) = 0.05 N

Elektriskt fält (E) = 2 x 10 ^-2 NC ^-1 = 0.02 NC ^-1

Efterlyst: 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 4 meter från varandra. Punkt C ligger mellan båda laddningarna, 1 meter från punkt A. Om Q_A = –300 μC, Q_B = 600 μC. 1/4 πε₀ = 9 × 10⁹ Nej. m² C–2, vad är då storleken på det elektriska fältet vid punkten 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 (r_BC) = 3 meter

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

Laddning B (q_B) = 600 μC = 600 x 10^-6 C = 6 x 10^-4 Coulomb

Konstant (k) = 9 × 10⁹ Nej. m² C^-2

Önskad: Elektriskt fält vid punkt C

lösning:

Elektriskt fält producerat av laddning A vid punkt C:

Ladda 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

Önskad: 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, som visas i figuren nedan. Inget elektriskt fält vid punkt P belägen 10 cm från q₂Hitta x.

Känd:

Laddning 1 (Q₁) = 32 μC

Laddning 2 (Q₂) = -214 μC

Avståndet mellan punkt P och q₁ = x + 10 cm

Avståndet mellan punkt P och q₂ = 10 cm

Efterlyst: x

lösning:

E₁ = elektriskt fält producerat av laddning Q₁Det elektriska fältets riktning bort från Q₁ eftersom Q₁ är positiv. E₂ = elektriskt fält producerat av Q₂Det elektriska fältets riktning 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 är vid punkten P i det elektriska fältet produceras av laddningen (+), vilket har en kraft på 0.05 N. Om laddningen är +5 × l0^-6 Coulomb, vad är då storleken på det elektriska fältet vid punkten C.

Känd:

Elektrisk kraft (F) = 0.05 Newton

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

Önskad: 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? SvarDen 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.