Fomula ya chaji ya umeme na nguvu ya umeme

Mifano ya maswali na fomula za chaji ya umeme na nguvu ya umeme

Chaji ya umeme

1. Chaji mbili zinazofanana kila moja zenye uzito m = 9√3 x 10^-4 Kilo huning'inizwa katika sehemu moja kwa kutumia kamba yenye urefu wa l = mita 1. Ikiwa chaji mbili zimetenganishwa kwa umbali wa a = mita 1, basi ukubwa wa kila chaji ni….

A. Vijiti vidogo 4
B. microcoulombs 2
C. 1 microcoulomb
D. 0,5 microcoulomb

Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Mashtaka mawili yanayofanana yanamaanisha mashtaka mawili yanayofanana, ambapo mashtaka yanayofanana yanapingana.
Urefu wa kamba (l) = mita 1
Umbali kati ya chaji mbili (r) = mita 1
Uzito wa chaji (m) = 9√3 x 10^-4 kg
Kuongeza kasi kutokana na mvuto (g) = 10 m/s²
Mvuto (w) = mg = (9√3 x 10^-4 kilo)(10 m/s²) = 9√3 x 10^-3 Newton
Aliuliza Ukubwa wa kila chaji (q)
Jibu:

Maelezo mafupi:
F = Nguvu ya umeme inayorudisha nyuma kati ya mizigo 1 na 2
w₁ = Mvuto wa mpira 1
w₂ = Mvuto wa mpira 2
T₁ = Nguvu ya mvutano wa kamba 1
T_1x = Kipengele cha nguvu ya mvutano ya kamba 1 kwenye mhimili wa x
T_1y = Kipengele cha nguvu ya mvutano ya kamba 1 kwenye mhimili wa y
T₂ = Nguvu ya mvutano wa kamba 2
T_2x = Kipengele cha nguvu ya mvutano ya kamba 2 kwenye mhimili wa x
T_2y = Kipengele cha nguvu ya mvutano ya kamba 2 kwenye mhimili wa y
l₁ = urefu wa kamba 1
l_1x = sehemu ya urefu wa kamba kwenye mhimili wa x
l_1y = sehemu ya urefu wa kamba kwenye mhimili wa y

Hesabu thamani ya cos θ:

Hesabu nguvu ya mvutano ya kamba (T)₁):

Hesabu thamani ya sin θ:

Hesabu sehemu ya nguvu ya mvutano ya kamba kwenye mhimili wa x (T)_1x):

Mipira hiyo miwili iko katika usawa ili T_1x = F = 9 x 10^-3 Newton

Hesabu malipo ya kila mpira kwa kutumia fomula ya sheria ya Coulomb:

Ukubwa wa kila chaji ni 1 x 10^-6 Coulomb au 1 ndogo ya Coulomb.
Jibu sahihi ni C.

Kutengeneza kitu chenye chaji ya umeme

1. Njia mbili za kutoa chaji ya umeme kwa kitu ni….
A. Kusugua na sumaku-umeme
B. Ushawishi na sumaku-umeme
C. Kusugua na kuingiza
D. Uingizaji na usumaku
Majadiliano
Njia mbili za kutoa chaji ya umeme kwa kitu ni kusugua na kuingiza.
Kusugua ni njia ya kufanya kitu kiwe na chaji chanya au hasi ya umeme kwa kusugua kitu hicho na kitu kingine, kwa mfano kusugua fimbo ya kioo na sufu au kusugua sega la plastiki na nywele kavu. Wakati wa msuguano, elektroni husogea kutoka kitu kimoja hadi kingine ili kitu kimoja kiwe na elektroni nyingi zaidi (zisizo na protoni) na kisha kuwa na chaji hasi na kitu kingine kiwe na upungufu wa elektroni (zisizo na protoni) na kisha kuwa na chaji chanya.
Uingizaji ni njia ya kutengeneza kitu kilichochajiwa kwa kuleta kitu kilichochajiwa karibu na mpira wa chuma usio na upande wowote, lakini bila kukigusa. Kitu kinachochajiwa lazima kiwe na elektroni huru, kwani elektroni hizi huru zinaweza kusogea zinapochochewa na kitu kilichochajiwa kwa umeme. Vitu vya metali kwa ujumla vina elektroni huru. Vitu kama vile kioo, plastiki, au mbao haviwezi kuchajiwa kwa umeme kwa njia ya uingizaji kwa sababu vitu hivi havina elektroni huru.
Jibu sahihi ni C.

Aina za chaji ya umeme

2. Vitu vinne vilivyochajiwa (P, Q, R na S) hufanya kazi kama ifuatavyo. P na Q hurudishana, P na R huvutiana, R na S hurudishana. Ni kauli gani kati ya zifuatazo iliyo sahihi?
A. Ikiwa P imechajiwa vibaya, basi S imechajiwa vibaya.
B. Ikiwa Q imechajiwa vibaya, basi S imechajiwa vibaya.
C. Ikiwa R imechajiwa vibaya, basi P imechajiwa vibaya
D. Ikiwa S imechajiwa vibaya, basi P imechajiwa vyema.
Majadiliano
P na Q hurudishana nguvu kwa sababu P na Q wana chaji sawa.
P na R huvutiana, kwa hivyo P na R zina chaji tofauti
R na S hurudishana nyuma, kwa hivyo R na S zina chaji sawa

Kwa hivyo ikiwa P na Q zimechajiwa vyema basi R na S zimechajiwa vibaya au ikiwa P na Q zimechajiwa vibaya basi R na S zimechajiwa vyema.
Jibu sahihi ni D.

3. Maswali ya Olimpiki ya Kitaifa ya Sayansi ya 2011 kwa Shule za Upili za Vijana katika Ngazi ya Regency/Jiji Nambari 59
Kitu kinasemekana kuwa na chaji chanya ikiwa...
A. Kitu hupokea protoni
B. Kitu hutoa protoni
C. Vitu hupokea elektroni
D. Vitu hutoa elektroni
Majadiliano
Protoni huchajiwa vyema, huku elektroni zikichajiwa vibaya. Protoni ziko katikati ya atomi, na kuzizuia kuhama kutoka kitu kimoja hadi kingine. Kwa upande mwingine, elektroni ziko kwenye uso wa atomi, na kuziruhusu kuhama kutoka kitu kimoja hadi kingine. Vitu huchajiwa kwa umeme kwa kutoa elektroni au kupata elektroni. Ikiwa kitu kitapata elektroni, kina elektroni nyingi (ukosefu wa protoni), na kusababisha chaji hasi. Ikiwa kitu kinatoa elektroni, kina elektroni nyingi (ziada ya protoni), na kusababisha chaji chanya.
Kwa hivyo kulingana na swali hapo juu, kitu kinasemekana kuwa na chaji chanya ikiwa kitu hicho kitatoa elektroni.
Jibu sahihi ni D.

Nguvu ya umeme

4. Chaji mbili za umeme za Q kila moja₁ na Q₂ iko mbali R ina nguvu ya kurudisha nyuma ya 100 N. Ikiwa umbali kati ya chaji mbili umepunguzwa hadi 1/3 R, basi nguvu ya kurudisha nyuma ya chaji za umeme inakuwa….
A. 33,33 N
B. 100 N
C. 300 N
D. 900 N
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Chaji ya umeme 1 = Q₁
Chaji ya umeme 2 = Q₂
Umbali kati ya chaji mbili = R
Nguvu ya kurudisha nyuma kati ya chaji mbili (F) = 100 Newton
Nguvu ya kurudisha nyuma inamaanisha kwamba chaji zote mbili za umeme ni za aina moja, zote mbili chanya au zote mbili hasi.
Aliuliza: Ikiwa umbali kati ya chaji mbili umepunguzwa hadi 1/3 R, basi nguvu ya kurudisha nyuma ya chaji ya umeme inakuwa...
Jibu:
Fomula ya sheria ya Coulomb:
F = k Q₁ Q₂ /R₂
Tuseme R = 1 kisha thamani ya Q₁.Q₂ inaweza kuhesabiwa:

Ikiwa umbali kati ya chaji mbili umepunguzwa hadi 1/3 R, basi nguvu ya kurudisha nyuma ya chaji ya umeme (F) inakuwa:

Jibu sahihi ni D.

5. Chaji ya pointi Q₁ = +4e na chaji ya pointi Q₂ = -3e hushikiliwa kwa umbali wa mita 0,3 kutoka kwa kila mmoja, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini. Ili nguvu ya umeme ifanye kazi kwenye chaji Q₂ ni sifuri, chaji ya nukta Q₃ = +16e inapaswa kuwekwa ndani….
A. mita 0,3 upande wa kushoto wa Q₁
B. mita 0,6 kulia kwa Q₁
C. 0,6 m kulia mwa Q₂
D. 0,9 m upande wa kushoto wa Q₂
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Chaji ya elektroni (-e) au protoni (+e) = 1,60 x 10^-19 Coulomb
Chaji ya pointi Q₁ = +4e
Chaji ya pointi Q₂ = -3e
Chaji ya pointi Q₃ = +16e
Umbali kati ya chaji za nukta Q₁ na chaji ya pointi Q₂ = mita 0,3
Swali: Ili nguvu ya umeme ifanye kazi kwa chaji Q₂ ni sifuri, chaji ya nukta Q₃ = +16e inapaswa kuwekwa ndani….
Jibu:
Nguvu ya umeme kati ya chaji Q₁ na malipo Q₂ :

Chaji Q₁ chanya na chaji Q₂ hasi ili mwelekeo wa nguvu ya umeme F₁₂ upande wa kushoto (kuelekea kwenye chaji Q)₁).

Ili nguvu ya umeme inayotokana ifanye kazi kwenye chaji Q₂ ni sifuri kisha ukubwa wa nguvu ya umeme kati ya chaji Q₂ na malipo Q₃ (F₃₂) = ukubwa wa nguvu ya umeme kati ya chaji Q₁ na malipo Q₂ (F₁₂) na mwelekeo F₃₂ lazima iwe kinyume na mwelekeo wa F₁₂Mwelekeo F₁₂ upande wa kushoto ndio mwelekeo F₃₂ lazima iende sawa. Kumbuka Q₃ ni chanya na Q₂ ni chaji hasi, hivyo mwelekeo wa F₃₂ kulia kisha chaji Q₃ lazima iwekwe kulia kwa Q₂

Umbali kati ya chaji Q₂ na malipo Q₃ Imehesabiwa kwa kutumia fomula ya sheria ya Coulomb:

Jibu sahihi ni C.

Chanzo cha swali:

Maswali ya OSN ya Fizikia ya Shule ya Upili ya Vijana