Umeme tuli - matatizo na suluhisho

Umeme tuli - matatizo na suluhisho

Nguvu ya umeme

1. Pointi A katika uwanja wa umeme . Ukubwa wa uwanja wa umeme katika sehemu A = 0.5 NC ^-1 . Ikiwa chaji ya 0.25-C imewekwa katika sehemu A, basi ni nguvu gani ya umeme inayotumika kwenye chaji.

Inajulikana:

Sehemu ya umeme katika sehemu A = 0.5 NC ^-1

Chaji ya umeme katika sehemu A = 0.25 C

Inahitajika: Nguvu ya umeme

Suluhisho:

F = q E

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

F = 0.125N

2. Chaji mbili 5 C na 4 C zimetenganishwa kwa umbali wa mita 3. Ikiwa kigezo cha Coulomb ni 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2 , je, ukubwa wa nguvu ya umeme unaopatikana na chaji mbili ni upi?

Inajulikana:

Chaji 1 (q ₁ ) = 5 C

Chaji 2 (q ₂ ) = 4 C

Umbali kati ya chaji 1 na chaji 2 (r) = mita 3

Kigezo cha Coulomb (k) = 9 × 10 ⁹ Nm ² C ^–2

Inayohitajika: Ukubwa wa nguvu ya umeme (F)

Suluhisho:

3. Chaji ya umeme +q ₁ = 10 μC ; +q ₂ = 20 μC ; na q ₃ zimetenganishwa, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapa chini. Nguvu ya umeme inayotumika kwenye chaji q ₂ = 0, basi chaji ya q ₃ ni nini.

Inajulikana:

Chaji 1 (q ₁ ) = 10 μC = 10 x 10 ^-6 C

Chaji 2 (q ₂ ) = 20 μC = 20 x 10 ^-6 C

Inayohitajika: Je, ni gharama gani ya swali la _3?

Suluhisho:

Kuna vitendo viwili vya nguvu kwenye +q ₂.

Nguvu ya kwanza ni nguvu ya kurudisha nyuma kati ya chaji +q ₁ na chaji +q ₂ ambayo ni F ₁₂ , kuelekea kulia.

Nguvu halisi ya umeme hufanya kazi kwenye q ₂ = 0 kisha q ₃ lazima iwe hasi.

Nguvu ya pili ni nguvu ya kuvutia kati ya chaji +q ₂ na -q ₃ ambayo ni F ₂₃ , kuelekea kushoto.

Nguvu hizi zote mbili hufanya kazi kwenye q ₂ , zina ukubwa sawa lakini mwelekeo kinyume.

Nguvu halisi hufanya kazi kwenye +q ₂ = 0.

4. Chaji tatu q ₁ , q , na q ₂ ziko kwenye mstari. Ikiwa q = 5.0 μC na d = 30 cm, basi ukubwa na mwelekeo wa nguvu ya umeme hufanya kazi kwenye chaji q ni upi.

Inajulikana:

Chaji 1 (q ₁ ) = 30 μC = 30 x 10 ^-6 C

Chaji 2 (q ₂ ) = 60 μC = 60 x 10 ^-6 C

Chaji 3 (q) = 5 μC = 5 x 10 ^-6 C

Umbali kati ya q ₁ na q = d

Umbali kati ya q ₂ na q = 2d

d = 30 cm = mita 0.3

d ² = (0.3) ² = 0.09

Kigezo cha Coulomb (k) = 9 x 10 ⁹ N m ² C ^-2

Inayohitajika: Ukubwa na mwelekeo wa nguvu ya umeme hufanya kazi kwenye chaji ya umeme

Suluhisho:

Kuna nguvu mbili zinazofanya kazi kwenye q ambazo ni F ₁ kuelekea kulia (q na q ₁ ni chanya kwa hivyo F ₁ mbali na q na q ₁ ) na F ₂ kushoto (q na q ₂ ni chanya kwa hivyo F ₂ mbali na q na q ₂ ). Kwanza zilihesabiwa F ₁ na F ₂.

Nguvu halisi ni 7.5 Newtons. Mwelekeo wa nguvu halisi = mwelekeo wa F₁, sehemu ya kulia ili kuchaji q₂.

Uwanja wa umeme

5. Chaji ya nukta q iko kwenye ncha P katika uwanja wa umeme unaozalishwa na chaji (+) ili ipate nguvu ya 0.05 N katika mwelekeo kuelekea chaji. Ikiwa ukubwa wa uwanja wa umeme katika ncha P ni 2 x 10 ^-2 NC ^-1 , basi ni ukubwa gani na aina gani ya chaji inayosababisha uwanja wa umeme.

Inajulikana:

Nguvu ya umeme (F) = 0.05 N

Sehemu ya umeme (E) = 2 x 10 ^–2 NC ^–1 = 0.02 NC ^–1

Inayohitajika: Ukubwa na aina ya chaji ya umeme

Suluhisho:

Chaji ya umeme huhesabiwa kwa kutumia fomula inayoelezea uhusiano kati ya nguvu ya umeme (F), uwanja wa umeme (E) na chaji ya umeme (q):

F = q E

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

Chaji q hupata nguvu ya umeme kuelekea kuchaji (+) ambayo hutoa uga wa umeme, kwa hivyo chaji q ni hasi.

6. Chaji A na B zimetenganishwa kwa umbali wa mita 4. Pointi C iko kati ya chaji zote mbili, mita 1 kutoka sehemu A. Ikiwa Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC. 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2, basi ukubwa wa uwanja wa umeme katika sehemu C unaozalishwa na chaji zote mbili ni upi.

Inajulikana:

Umbali kati ya chaji A na B (r _AB ) = mita 4

Umbali kati ya nukta C na chaji A (r _AC ) = mita 1

Umbali kati ya nukta C na chaji B (r _BC ) = mita 3

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

Chaji B (q _B ) = 600 μC = 600 x 10 ^-6 C = 6 x 10 ^-4 Coulombs

Kigezo (k) = 9 × 10 ⁹ N m ² C ^–2

Inayohitajika: Sehemu ya umeme katika sehemu ya C

Suluhisho:

Sehemu ya umeme inayozalishwa na chaji A katika nukta C:

Chaji A ni hasi ili mwelekeo wa uwanja wa umeme uelekee kwenye chaji A na mbali na chaji B (kushoto).

Sehemu ya umeme inayozalishwa na chaji B katika nukta C:

Chaji B ni chanya ili mwelekeo wa uwanja wa umeme uwe mbali na chaji B na pointi za kuchaji A (kushoto).

Matokeo ya uwanja wa umeme katika nukta A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10 ⁵ ) + (6 x 10 ⁵ )

E = 33 x 10 ⁵ N/C

Mwelekeo wa uwanja wa umeme unaelekeza kuchaji A na mbali na chaji B (kushoto).

7. Vumbi la 1-mg huelea hewani. Ikiwa chaji ya vumbi ni 0.5 μC na kasi kutokana na uvutano ni 10 m/s2, tambua ukubwa wa uwanja wa umeme unaounga mkono vumbi.

Inajulikana:

Uzito wa vumbi (m) = 1 mg = 1 x 10 ^-6 kg

Chaji ya vumbi (q) = 0.5 μC = 0.5 x 10 ^-6 C

Kuongeza kasi kutokana na mvuto (g) = 10 m/s ²

Inahitajika: Sehemu ya umeme

Suluhisho:

w = mg

w = uzito wa vumbi, m = uzito wa vumbi, g = kasi kutokana na uvutano

Nguvu ya uvutano hufanya kazi kwenye vumbi:

w = mg = (1 x 10 ^-6 kg)(10 m/s ² ) = 10 x 10 ^-6 kg m/s ² = 10 x 10 ^-6 Newtons

Mlinganyo wa uwanja wa umeme:

E = F/q

E = uwanja wa umeme, F = nguvu ya umeme, q = chaji ya umeme

Badilisha F katika mlinganyo wa uga wa umeme na w katika mlinganyo wa uzito:

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. Chaji mbili q ₁ = 32 μC na q ₂ = -214 μC zimetenganishwa kwa umbali wa x, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapa chini. Hakuna uwanja wa umeme katika sehemu P iliyoko sentimita 10 kutoka q _2. Tafuta x.

Inajulikana:

Chaji 1 (S1 ₎ = 32 μC

Chaji 2 (S2 ₎ = -214 μC

Umbali wa nukta P kutoka q ₁ = x + 10 cm

Umbali wa nukta P kutoka q ₂ = 10 cm

Anayetaka: x

Suluhisho:

E ₁ = uwanja wa umeme unaozalishwa kwa chaji Swali _{la 1.} Mwelekeo wa uwanja wa umeme uko mbali na Swali _{la 1} kwa sababu Swali _{la 1} ni chanya. E ₂ = uwanja wa umeme unaozalishwa na Swali _{la 2.} Mwelekeo wa uwanja wa umeme unaelekeza kwenye Swali _{la 2} kwa sababu Swali _{la 2} ni hasi.

Hakuna nguvu halisi katika sehemu ya p iliyoko sentimita 10 kutoka _Q2

Tumia fomula ya quadratic:

9. Sehemu ya kuchajiwa q iko kwenye ncha P katika uwanja wa umeme unaozalishwa na chaji (+), hivyo kuwa na nguvu ya 0.05 N. Ikiwa chaji ni +5 × l0 ^-6 Coulomb, basi ukubwa wa uwanja wa umeme katika ncha C ni upi?

Inajulikana:

Nguvu ya umeme (F) = 0.05 Newton

Chaji ya umeme (Q) = +5 × l0 ^–6 Coulomb = 0.000005

Inayohitajika: Sehemu ya umeme katika sehemu ya P

Suluhisho:

E = F / Q

E = 0.05 Newton / 0.000005 Coulomb

E = 5 Newton / 0.0005 Coulomb

E = 10,000 Newton/Coulomb

E = 10 ⁴ N/C

E = 10 ⁴ NC ^-1

1. Umeme tuli ni nini? Jibu: Umeme tuli hurejelea mkusanyiko wa chaji ya umeme kwenye uso wa vitu. Inaitwa "tuli" kwa sababu chaji hubaki katika eneo moja badala ya kusonga au kutiririka kama ilivyo katika umeme wa sasa.
2. Umeme tuli huzalishwaje? Jibu: Umeme tuli mara nyingi huzalishwa kupitia mchakato wa kuchaji wa triboelectric, ambapo vifaa fulani huchajiwa vinapogusana na nyenzo tofauti. Kusugua puto kwenye nywele au kutembea kwenye zulia ukiwa umevaa viatu vyenye soli za mpira kunaweza kusababisha mkusanyiko wa chaji tuli.
3. Kwa nini wakati mwingine hupata mshtuko unapogusa kitasa cha mlango baada ya kutembea kwenye zulia? Jibu: Kutembea kwenye zulia, hasa katika hali kavu, kunaweza kusababisha mkusanyiko wa chaji tuli mwilini mwako. Unapogusa kitasa cha mlango au kondakta mwingine, chaji zinaweza kutoka haraka, na kusababisha mshtuko tuli.
4. Unyevu huathiri vipi umeme tuli? Jibu: Unyevu huelekea kupunguza mkusanyiko wa umeme tuli. Molekuli za maji hewani zinaweza kusaidia kuondoa chaji za umeme. Siku za ukame, kuna uwezekano mkubwa wa kupata mkusanyiko tuli na mshtuko.
5. Kwa nini baadhi ya vifaa huwa na uwezekano mkubwa wa kutengeneza chaji tuli kuliko vingine? Jibu: Nyenzo hutofautiana katika uwezo wao wa kushikilia au kuhamisha elektroni. Baadhi ya nyenzo, kama vile mpira au plastiki fulani, huwa hupata au kupoteza elektroni kwa urahisi zaidi kuliko zingine, na kuzifanya ziwe katika hatari zaidi ya kurundikana kwa chaji tuli.
6. Kanuni iliyo nyuma ya elektroskopu ni ipi? Jibu: Elektroskopu ni kifaa kinachotumika kugundua uwepo wa chaji tuli. Kwa kawaida huwa na fimbo ya chuma iliyounganishwa na majani mawili membamba ya foili ya chuma. Wakati kitu kilichochajiwa kinapoletwa karibu na fimbo, majani husogea mbali kutokana na kusukumwa kwa chaji zinazofanana, kuonyesha uwepo wa umeme tuli.
7. Kutuliza huondoaje chaji tuli? Jibu: Kutuliza hutoa njia ya chaji ya ziada kuhamia Duniani, ambayo ni hifadhi kubwa ya chaji. Wakati kitu kilichochajiwa tuli kinapotuliza, chaji za ziada hupunguzwa, na hivyo kupunguza au kuondoa mkusanyiko tuli.
8. Kwa nini unaweza kuona cheche kwenye silo ya nafaka au wakati wa kujaza mafuta kwenye ndege, na kwa nini hii ni hatari? Jibu: Kusonga au kusugua chembe chembe kwenye nyuso kunaweza kutoa umeme tuli, na vivyo hivyo kwa mtiririko wa mafuta. Ikiwa kuna mkusanyiko wa chaji tuli, inaweza kutoa kama cheche. Katika mazingira yenye gesi zinazowaka, vumbi, au vimiminika (kama vile kwenye silo ya nafaka au wakati wa kujaza mafuta kwenye ndege), cheche hizi zinaweza kuwasha nyenzo zinazowaka, na kusababisha milipuko.
9. Dawa za kunyunyizia dawa au bidhaa zinazozuia kutulia hufanyaje kazi? Jibu: Vinyunyizio na bidhaa za kuzuia tuli kwa kawaida huwa na vitu vinavyofanya nyuso ziwe na upitishaji kidogo. Kwa kufanya hivyo, huzuia mkusanyiko wa chaji tuli au husaidia kuondoa chaji zozote zinazojikusanya.

10. Mfululizo wa triboelectric ni nini? Jibu : Mfululizo wa triboelectric ni orodha inayoorodhesha vifaa kulingana na tabia yao ya kuwa na chaji chanya au hasi vinaposuguliwa dhidi ya nyenzo nyingine. Vifaa vilivyo juu ya orodha huwa na chaji chanya, huku vile vilivyo chini huwa na chaji hasi.