Намунаҳои саволҳо дар бораи барқи статикӣ
Пендахулуан
Электрики статикӣ як падидаи физикӣ аст, ки мо дар ҳаёти ҳаррӯзаи худ зуд-зуд дучор мешавем. Аз таҷрибаи зарбаи ночизи барқӣ ҳангоми ламс кардан ба дастаки дар то таъсири рост истодани мӯй ҳангоми шона кардан бо шона бо пластикӣ, ҳама чизро бо принсипҳои электрики статикӣ шарҳ додан мумкин аст. Дар ин мақола якчанд мисолҳои мушкилоти электрики статикӣ баррасӣ шуда, мафҳумҳои асосӣ ва татбиқи қонунҳои татбиқшаванда шарҳ дода мешаванд.
Фаҳмидани барқи статикӣ
Барқи статикӣ ҷамъшавии заряди электрикӣ дар сатҳи ашё аст. Ин дар натиҷаи интиқоли электронҳо аз як ашё ба ашёи дигар рух медиҳад, ки одатан аз сабаби соиш ба вуҷуд меояд, масалан, ҳангоми молидани пуфак ба мӯй. Қуввае, ки аз ин заряди электрикӣ ба вуҷуд меояд, аз ҷониби қонуни Кулон танзим карда мешавад.
Қонуни Кулон мегӯяд, ки қувваи байни ду ҷисми заряднок ба зарби бузургии зарядҳои мувофиқ мутаносиб ва ба квадрати масофаи байни онҳо мутаносиб аст. Формулаи математикии ин қонун чунин аст:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
димана:
– \( F \) қувваи байни ду заряд аст,
– \( k \) доимии Кулон аст (\( 8.99 \times 10^9 \, N \cdot m^2 / C^2 \)),
– \( q_1 \) ва \( q_2 \) бузургиҳои заряди электрикӣ мебошанд ва
– \( r \) масофаи байни ду заряд аст.
Намунаҳои саволҳо ва муҳокимаҳо
Саволи 1: Ҳисоб кардани қувваи электрикии Кулон
Ду заряди бузургиашон �(5″C) ва �(-3″C) дар масофаи 20 см ҷойгир шудаанд. Қувваи электрикии байни ду зарядро ҳисоб кунед!
Муҳокима:
Аввалан, воҳидҳои заряд ва масофаро ба системаи байналмилалӣ (SI) табдил диҳед:
– \( q_1 = 5 \, \mu C = 5 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = -3 \, \mu C = -3 \times 10^{-6} \, C \)
– \( r = 20 \, см = 0.2 \, м \)
Барои ҳисоб кардани қувва аз қонуни Кулон истифода баред:
\[ F = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r^2}} \]
Арзишҳои маълумро иваз кунед:
\[F = \left(8.99 \times 10^9 \frac{N \cdot m^2}{C^2} \right) \frac{{|5 \times 10^{-6} \, C \times (-3 \times 10^{-6} \, C)|}}{{(0.2 \, m)^2}} \]
\[ F = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{15 \times 10^{-12}}}{{0.04}} \]
\[F = \чап(8.99 \вақт 10^9 \рост) \вақт 3.75 \вақт 10^{-10} \]
\[ F = 3.37 \, N \]
Қувваи байни ду заряд 3.37 Н аст ва азбаски яке аз зарядҳо манфӣ аст, ин қувва ҷолиб аст.
Саволи 2: Таъсири масофа ба қувваи Кулон
Ду заряди (+4, ∎Кл) ва (+6, ∎Кл) дар масофаи 0.1 м ҷойгир карда шудаанд. Агар масофаи байни ду заряд то 0.2 м зиёд карда шавад, муайян кунед, ки қувваи Кулон чӣ гуна тағйир меёбад!
Муҳокима:
Аввалан, қувваро дар масофаи ибтидоӣ (0.1, м) ҳисоб кунед:
– \( q_1 = 4 \, \mu C = 4 \times 10^{-6} \, C \)
– \( q_2 = 6 \, \mu C = 6 \times 10^{-6} \, C \)
– \( r_1 = 0.1 \, м \)
\[ F_1 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_1^2}} \]
Арзишҳои маълумро иваз кунед:
\[ F_1 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.1)^2}} \]
\[ F_1 = \чап( 8.99 \вақт 10^9 \рост) \вақт 2.4 \вақт 10^{-10} \]
\[ F_1 = 2.1576 \, N \]
Акнун, қувваро дар масофаи нав (0.2 м) ҳисоб кунед:
– \( r_2 = 0.2 \, м \)
\[ F_2 = k \frac{{|q_1 q_2|}}{{r_2^2}} \]
\[ F_2 = \left( 8.99 \times 10^9 \right) \frac{{24 \times 10^{-12}}}{{(0.2)^2}} \]
\[ F_2 = \чап( 8.99 \вақт 10^9 \рост) \вақт 6 \вақт 10^{-11} \]
\[ F_2 = 0.5394 \, N \]
Ҳамин тариқ, вақте ки масофаи байни ду заряд аз 0.1 м то 0.2 м зиёд карда мешавад, қувваи Кулон аз 2.1576 Н то 0.5394 Н кам мешавад.
Масъалаи 3: Кори интиқоли бор
Дар майдони электрикӣ бо потенсиалҳои 100 ва 40 V заряди (q = 2, C) аз нуқтаи A ба нуқтаи B интиқол дода мешавад. Барои ҳаракат додани заряд чӣ қадар кор анҷом дода мешавад?
Муҳокима:
Коре, ки барои ҳаракат додани заряд дар майдони электрикӣ анҷом дода мешавад, бо истифода аз формулаи зерин ҳисоб карда мешавад:
\[ W = q (V_A – V_B) \]
Арзишҳои маълумро иваз кунед:
– \( q = 2 \, \mu C = 2 \times 10^{-6} \, C \)
– \( V_A = 100 \, V \)
– \( V_B = 40 \, V \)
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) (100 \, V – 40 \, V) \]
\[ W = (2 \times 10^{-6} \, C) \times 60 \, V \]
\[ W = 1.2 \times 10^{-4} \, J \]
Пас, кори барои ҳаракат додани заряд анҷомдодашуда баробар аст \(1.2 \times 10^{-4} \, J \).
Хулоса
Электрики статикӣ як падидаи ҷолиб аст, ки аксар вақт дар вазъиятҳои гуногуни ҳаррӯза нақш мебозад. Фаҳмидани мафҳумҳои асосӣ, ба монанди қонуни Кулон ва принсипҳои майдонҳои электрикӣ, барои таҳлил ва ҳалли масъалаҳои марбут ба он муҳим аст. Тавассути мисолҳои баррасишуда, мо метавонем назарияҳои физикаро барои фаҳмидани таъсири мутақобилаи байни зарядҳои электрикӣ ва бузургии қувваҳои байни онҳо татбиқ кунем. Бо фаҳмиши мустаҳкам, мо метавонем падидаи электрики статикиро дар ҳаёти ҳаррӯза беҳтар арзёбӣ ва назорат кунем.
