ไฟฟ้าสถิต – ปัญหาและวิธีแก้ไข

ไฟฟ้าสถิต – ปัญหาและวิธีแก้ไข

แรงไฟฟ้า

1. จุด A อยู่ในสนามไฟฟ้าขนาดของสนามไฟฟ้าที่จุด A = 0.5 นาโนคู^{ลอมบ์}ถ้าวางประจุ 0.25 คูลอมบ์ไว้ที่จุด A แรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุ นั้นมีค่าเท่าใด

เป็นที่รู้จัก :

สนามไฟฟ้า ณ จุด A = 0.5 NC ^-1

ประจุไฟฟ้าที่จุด A = 0.25 C

ต้องการ:พลังไฟฟ้า

วิธีการแก้ปัญหา:

F = q E

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

F = 0.125 น

2. ประจุสองตัว ขนาด5 C และ 4 C วางห่างกัน 3 เมตร ถ้าค่าคงที่ของคูลอมบ์คือ 9 × 10⁹ ^Nm²C⁻²จง^หาขนาดของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุทั้ง^สอง

เป็นที่รู้จัก :

ประจุ 1 (q ₁ ) = 5 C

ประจุ 2 (q ₂ ) = 4 C

ระยะห่างระหว่างประจุ 1 และประจุ 2 (r) = 3 เมตร

ค่าคงที่ของคู ลอม บ์ ^{( k} ) = 9 × ^10⁹ Nm²C⁻²

ต้องการทราบขนาดของแรงทางไฟฟ้า (F)

วิธีการแก้ปัญหา:

3. ประจุไฟฟ้า +q ₁ = 10 μC ; +q ₂ = 20 μC ; และ q ₃แยกออกจากกัน ดังแสดงในรูปด้านล่าง แรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุ q ₂ = 0 ดังนั้นประจุของ q 3 มีค่า_{เท่าใด}

เป็นที่รู้จัก :

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

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

ต้องการทราบ:ประจุของ q _{3 คืออะไร}

วิธีการแก้ปัญหา:

มีแรงสองแรงกระทำต่อ + q ₂

แรงแรกคือแรงผลักระหว่างประจุ +q ₁และประจุ +q ₂ซึ่งก็คือ F ₁₂ไปทางขวา

แรงไฟฟ้าสุทธิกระทำต่อ q ₂ = 0 ดังนั้น q ₃จะต้องมีค่าเป็นลบ

แรงที่สองคือแรงดึงดูดระหว่างประจุ +q ₂และ -q ₃ซึ่งก็คือ F ₂₃ไปทางซ้าย

แรงทั้งสองนี้กระทำต่อ q ₂มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้าม

แรงลัพธ์กระทำต่อ +q ₂ = 0

4. ประจุสามตัว q1 _, q2 และ q3 _วางเรียงกันเป็นเส้นตรง ถ้า q1 = 5.0 μC และ d = 30 cm จงหาขนาดและทิศทางของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุ q1

เป็นที่รู้จัก :

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

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

ประจุ 3 (q) = 5 μC = 5 x 10 ^-6 C

ระยะห่างระหว่าง q ₁และ q = d

ระยะห่างระหว่าง q ₂และ q = 2d

d = 30 ซม. = 0.3 เมตร

d ² = (0.3) ² = 0.09

^{ค่าคงที่ของคูลอมบ์ (} k) = 9 x ^10⁹ N ^m² C⁻²

ต้องการทราบขนาดและทิศทางของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุไฟฟ้า

วิธีการแก้ปัญหา:

มีแรงสองแรงกระทำต่อ q คือ F1 _ไปทางขวา (q และ q1 _เป็นค่าบวก ดังนั้น F1 _จะออกไปจาก q และ_q1 ) และ F2 _ไปทางซ้าย (q และ q2 _เป็นค่าบวก ดังนั้น F2 _จะออกไปจาก q และ q2 ₎ขั้นแรก คำนวณค่า_F1และ_F2ก่อน

แรงลัพธ์มีค่า 7.5 นิวตัน ทิศทางของแรงลัพธ์ = ทิศทางของ F₁ชี้ไปทางขวาเพื่อชาร์จ q₂.

สนามไฟฟ้า

5. ประจุจุดq อยู่ที่จุด P ในสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ (+) ทำให้ประจุจุด q ได้รับแรง 0.05 N ในทิศทางเข้าหาประจุ ถ้า ขนาดของ สนามไฟฟ้าที่จุด P คือ 2 x 10⁻² ^NC⁻¹แล้วขนาดและชนิดของประจุที่ทำให้เกิดสนามไฟฟ้า^นั้นคืออะไร

เป็นที่รู้จัก :

แรงไฟฟ้า (F) = 0.05 นิวตัน

สนามไฟฟ้า (E) = 2 x 10 ^–2 NC ^–1 = 0.02 NC ^–1

ต้องการทราบ:ขนาดและชนิดของประจุไฟฟ้า

วิธีการแก้ปัญหา:

ประจุไฟฟ้าคำนวณโดยใช้สูตรที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแรงไฟฟ้า (F) สนามไฟฟ้า (E) และประจุไฟฟ้า (q):

F = q E

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

ประจุ q ได้รับแรงทางไฟฟ้าในทิศทางเดียวกับประจุ (+) ซึ่งก่อให้เกิดสนามไฟฟ้า ดังนั้นประจุ q จึงเป็นลบ

6. ประจุ A และ B อยู่ห่างกัน 4 เมตร จุด C อยู่ระหว่างประจุทั้งสอง ห่างจากจุด A 1 เมตร ถ้า Q _A = –300 μC และ Q _B = 600 μC 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2 จงหาขนาดของสนามไฟฟ้าที่จุด C ซึ่งเกิดจากประจุทั้งสอง

เป็นที่รู้จัก :

ระยะห่างระหว่างประจุ A และ B (r _AB ) = 4 เมตร

ระยะห่างระหว่างจุด C และประจุ A (r _AC ) = 1 เมตร

ระยะห่างระหว่างจุด C และประจุ B (r _BC ) = 3 เมตร

ประจุ A (q _A ) = –300 μC = -300 x 10 ^-6 C = -3 x 10 ^-4คู ลอมบ์

ประจุ B (q _B ) = 600 μC = 600 x 10 ^-6 C = 6 x 10 ^-4คู ลอมบ์

ค่าคงที่ (k) = 9 × 10 ⁹ N m ² C ^–2

ต้องการทราบ:สนามไฟฟ้า ณ จุด C

วิธีการแก้ปัญหา:

สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ A ณ จุด C:

ประจุA เป็นประจุลบ ดังนั้นทิศทางของสนามไฟฟ้าจึงชี้ไปยังประจุ A และห่างจากประจุ B (ไปทางซ้าย)

สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ B ณ จุด C:

ประจุ B เป็นประจุบวก ดังนั้นทิศทางของสนามไฟฟ้าจึงพุ่งออกจากประจุ B และชี้ไปยังประจุ A (ไปทางซ้าย)

ผลรวมของสนามไฟฟ้า ณ จุด A:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10 ⁵ ) + (6 x 10 ⁵ )

E = 33 x 10⁵ ^N /C

ทิศทางของสนามไฟฟ้าชี้ไปยังประจุ A และห่างจากประจุ B (ไปทางซ้าย)

7. ฝุ่นละอองมวล 1 มิลลิกรัมลอยอยู่ในอากาศ ถ้าประจุของฝุ่นละอองคือ 0.5 ไมโครคูลอมบ์ และความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงคือ 10 เมตร/วินาที² จงหาขนาดของสนามไฟฟ้าที่รองรับฝุ่นละอองนั้น

เป็นที่รู้จัก :

มวลของฝุ่น (ม.) = 1 มก. = 1 x 10⁻⁶ ^กก.

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

ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/ ^s²

ต้องการ:สนามไฟฟ้า

วิธีการแก้ปัญหา:

w = มก.

w = น้ำหนักของฝุ่น, m = มวลของฝุ่น, g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงกระทำต่อฝุ่นละออง:

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

สมการของสนามไฟฟ้า:

อี = เอฟ/คิว

E = สนามไฟฟ้า, F = แรงไฟฟ้า, q = ประจุไฟฟ้า

แทนค่า F ในสมการสนามไฟฟ้าด้วยค่า w ในสมการน้ำหนัก:

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 นิวตัน/องศาเซลเซียส

8. ประจุสองตัว q ₁ = 32 μC และ q ₂ = -214 μC วางห่างกันเป็นระยะ x ดังแสดงในรูปด้านล่าง ไม่มีสนามไฟฟ้าที่จุด P ซึ่งอยู่ห่างจาก q ₂ เป็นระยะ 10 ซม . จงหาค่า x

เป็นที่รู้จัก :

ประจุ 1 (Q ₁ ) = 32 μC

ประจุ 2 (Q ₂ ) = -214 μC

ระยะห่างของจุด P จาก q ₁ = x + 10 ซม.

ระยะห่างของจุด P จาก q ₂ = 10 ซม.

ต้องการตัว: x

วิธีการแก้ปัญหา:

E ₁ = สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ Q ₁ทิศทางของสนามไฟฟ้าจะพุ่งออกจาก Q ₁เนื่องจาก Q ₁เป็นประจุบวก E ₂ = สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ Q ₂ทิศทางของสนามไฟฟ้าจะชี้ไปยัง Q ₂เนื่องจาก Q ₂เป็นประจุลบ

ไม่มีแรงลัพธ์ที่จุด p ซึ่งอยู่ห่างจาก Q _{2 เป็นระยะ 10 ซม.}

ใช้สูตรกำลังสอง:

9. จุดประจุ q อยู่ที่จุด P ในสนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ (+) โดยมีแรงกระทำ 0.05 N ถ้าประจุคือ +5 × 0 ^–6คูลอมบ์ จงหาขนาดของสนามไฟฟ้าที่จุด C

เป็นที่รู้จัก :

แรงไฟฟ้า (F) = 0.05 นิวตัน

ประจุไฟฟ้า (Q) = +5 × 0 ^–6คูลอมบ์ = 0.000005

ต้องการทราบ:สนามไฟฟ้า ณ จุด P

วิธีการแก้ปัญหา:

อี = เอฟ / คิว

E = 0.05 นิวตัน / 0.000005 คูลอมบ์

E = 5 นิวตัน / 0.0005 คูลอมบ์

E = 10,000 นิวตัน/คูลอมบ์

E = 10 ⁴ N/C

E = 10 ⁴ NC ^-1

1. ไฟฟ้าสถิตคืออะไร? คำตอบไฟฟ้าสถิตหมายถึงการสะสมของประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของวัตถุ เรียกว่า "ไฟฟ้าสถิต" เพราะประจุเหล่านั้นคงอยู่ในบริเวณเดียว ไม่เคลื่อนที่หรือไหลเหมือนในกระแสไฟฟ้า
2. ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นได้อย่างไร? คำตอบไฟฟ้าสถิตมักเกิดขึ้นจากกระบวนการเกิดประจุจากการเสียดสี ซึ่งวัสดุบางชนิดจะเกิดประจุเมื่อสัมผัสกับวัสดุอื่นโดยการเสียดสี การถูลูกโป่งกับเส้นผม หรือการเดินบนพรมด้วยรองเท้าพื้นยาง สามารถทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตได้
3. ทำไมบางครั้งคุณถึงรู้สึกถูกไฟดูดเมื่อจับลูกบิดประตูหลังจากเดินบนพรม? คำตอบการเดินบนพรม โดยเฉพาะในสภาพแห้ง สามารถทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตสะสมบนร่างกายได้ เมื่อคุณสัมผัสลูกบิดประตูหรือตัวนำไฟฟ้าอื่นๆ ประจุเหล่านั้นจะคายประจุออกมาอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าสถิตช็อตได้
4. ความชื้นส่งผลต่อไฟฟ้าสถิตอย่างไร? คำตอบความชื้นมีแนวโน้มที่จะลดการสะสมของไฟฟ้าสถิต โมเลกุลของน้ำในอากาศสามารถช่วยกระจายประจุไฟฟ้าได้ ในวันที่อากาศแห้ง จะมีโอกาสเกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิตและไฟฟ้าช็อตได้สูงกว่า
5. เหตุใดวัสดุบางชนิดจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดประจุไฟฟ้าสถิตมากกว่าวัสดุชนิดอื่น? คำตอบวัสดุแต่ละชนิดมีความสามารถในการกักเก็บหรือถ่ายโอนอิเล็กตรอนแตกต่างกัน วัสดุบางชนิด เช่น ยางหรือพลาสติกบางประเภท มีแนวโน้มที่จะรับหรือปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าวัสดุอื่นๆ ทำให้เกิดการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตได้ง่ายกว่า
6. หลักการทำงานของเครื่องวัดประจุไฟฟ้าคืออะไร? คำตอบเครื่องตรวจวัดไฟฟ้าสถิตเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจจับประจุไฟฟ้าสถิต โดยทั่วไปประกอบด้วยแท่งโลหะที่เชื่อมต่อกับแผ่นฟอยล์โลหะบางสองแผ่น เมื่อนำวัตถุที่มีประจุเข้าใกล้แท่งโลหะ แผ่นฟอยล์จะแยกออกจากกันเนื่องจากแรงผลักของประจุชนิดเดียวกัน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีไฟฟ้าสถิตอยู่
7. การต่อสายดินช่วยกำจัดประจุไฟฟ้าสถิตได้อย่างไร? คำตอบการต่อสายดินช่วยให้ประจุส่วนเกินเคลื่อนที่ไปยังพื้นโลก ซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บประจุขนาดใหญ่ เมื่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสถิตถูกต่อลงดิน ประจุส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลาง ลดหรือกำจัดประจุไฟฟ้าสถิตที่สะสมอยู่
8. ทำไมเราจึงอาจเห็นประกายไฟในไซโลเก็บเมล็ดพืชหรือระหว่างการเติมเชื้อเพลิงเครื่องบิน และทำไมสิ่งนี้จึงเป็นอันตราย? คำตอบการเคลื่อนที่หรือการเสียดสีของเมล็ดพืชกับพื้นผิวต่างๆ สามารถก่อให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ และเช่นเดียวกันกับการไหลของเชื้อเพลิง หากมีการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิต มันสามารถคายประจุออกมาเป็นประกายไฟได้ ในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซไวไฟ ฝุ่น หรือของเหลว (เช่น ในไซโลเก็บเมล็ดพืชหรือระหว่างการเติมเชื้อเพลิงเครื่องบิน) ประกายไฟเหล่านี้สามารถจุดติดวัสดุไวไฟเหล่านั้น ทำให้เกิดการระเบิดได้
9. สเปรย์หรือผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตทำงานอย่างไร? คำตอบสเปรย์และผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตมักมีสารที่ทำให้พื้นผิวมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าเล็กน้อย ด้วยวิธีนี้ จึงช่วยป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิต หรือช่วยกระจายประจุที่เกิดขึ้น

10. อนุกรมไตรโบอิเล็กทริกคืออะไร? คำตอบ : อนุกรมไตรโบอิเล็กทริกคือรายการที่จัดอันดับวัสดุตามแนวโน้มที่จะเกิดประจุบวกหรือประจุลบเมื่อถูกถูไปกับวัสดุอื่น วัสดุที่อยู่ด้านบนสุดของรายการมีแนวโน้มที่จะเกิดประจุบวก ในขณะที่วัสดุที่อยู่ด้านล่างสุดมีแนวโน้มที่จะเกิดประจุลบ