ไฟฟ้าสถิต – ปัญหาและวิธีแก้ไข
แรงไฟฟ้า
1. จุด A อยู่ในสนามไฟฟ้าขนาดของสนามไฟฟ้าที่จุด A = 0.5 นาโนคูลอมบ์ถ้าวางประจุ 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. ประจุ 5 C และ 4 C อยู่ห่างกัน 3 เมตร ถ้าค่าคงที่ของคูลอมบ์คือ 9 × 10⁻¹⁰9 Nm2 C-2แรงทางไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุสองตัวนั้นมีขนาดเท่าใด?
เป็นที่รู้จัก :
ประจุ 1 (q1) = 5 องศาเซลเซียส
ประจุ 2 (q2) = 4 องศาเซลเซียส
ระยะห่างระหว่างประจุ 1 และประจุ 2 (r) = 3 เมตร
ค่าคงที่ของคูลอมบ์ (k) = 9 × 109 Nm2 C-2
เป็นที่ต้องการ : ขนาดของแรงไฟฟ้า (F)
วิธีการแก้ปัญหา:
3. ประจุไฟฟ้า +q1 = 10 μC ; +q2 = 20 μC ; และ q3 ประจุถูกแยกออกจากกัน ดังแสดงในรูปด้านล่าง แรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุ q2 ถ้า q = 0 แล้วประจุของ q คืออะไร3.
เป็นที่รู้จัก :
ประจุ 1 (q 1 ) = 10 μC = 10 x 10 -6 C
ประจุ 2 (q 2 ) = 20 μC = 20 x 10 -6 C
เป็นที่ต้องการ : q มีค่าประจุเท่าไร3
วิธีการแก้ปัญหา:
มีแรงสองแรงกระทำต่อ +q2.
แรงแรกคือแรงผลักระหว่างประจุ +q1 และประจุ +q2 นั่นคือ F12ไปทางขวา
แรงไฟฟ้าสุทธิกระทำต่อ q2 = 0 แล้ว q3 ต้องเป็นค่าลบ
แรงที่สองคือแรงดึงดูดระหว่างประจุ +q2 และ -q3 นั่นคือ F23ไปทางซ้าย
แรงทั้งสองนี้กระทำต่อ q2มีขนาดเท่ากันแต่ทิศทางตรงกันข้าม
แรงลัพธ์กระทำต่อ +q2 = 0
4. ประจุสามตัว q1, q และ q2 ประจุ q อยู่ในแนวเส้นตรง ถ้า q = 5.0 μC และ d = 30 cm จงหาขนาดและทิศทางของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุ q
เป็นที่รู้จัก :
ประจุ 1 (q1) = 30 μC = 30 x 10-6 C
ประจุ 2 (q2) = 60 μC = 60 x 10-6 C
ประจุ 3 (q) = 5 μC = 5 x 10-6 C
ระยะห่างระหว่าง q1 และ q = d
ระยะห่างระหว่าง q2 และ q = 2d
d = 30 ซม. = 0.3 เมตร
d2 = (0.3)2 = 0.09
ค่าคงที่ของคูลอมบ์ (k) = 9 x 109 N ม2 C-2
เป็นที่ต้องการ : ขนาดและทิศทางของแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุไฟฟ้า
วิธีการแก้ปัญหา:
มีแรงสองแรงกระทำต่อ q คือ F1 ไปทางขวา (q และ q)1 เป็นบวก ดังนั้น F1 ห่างจาก q และ q1) และ เอฟ2 ไปทางซ้าย (q และ q)2 เป็นบวก ดังนั้น F2 ห่างจาก q และ q2) คำนวณค่า F ครั้งแรก1 และ F2.
แรงลัพธ์มีค่า 7.5 นิวตัน ทิศทางของแรงลัพธ์ = ทิศทางของ F1ชี้ไปทางขวาเพื่อชาร์จ q2.
สนามไฟฟ้า
5. คะแนน รับผิดชอบ q อยู่ที่จุด P ในสนามไฟฟ้า ผลิต โดยประจุ (+) ทำให้มันได้รับแรง 0.05 N ในทิศทางเข้าหาประจุ ถ้า ขนาดของกระแสไฟฟ้า สนาม at จุด P คือ 2 x 10-2 NC-1แล้ว คืออะไร ขนาดและประเภทของประจุที่ก่อให้เกิด ไฟฟ้า สนาม
เป็นที่รู้จัก :
แรงไฟฟ้า (F) = 0.05 นิวตัน
สนามไฟฟ้า (E) = 2 x 10 -2 NC -1 = 0.02 NC -1
ต้องการ: 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 QA = –300 μC, QB = 600 μC. 1/4 π ε0 = 9 × 109 N ม2 C– 2 แล้วขนาดของสนามไฟฟ้าที่จุด C ซึ่งเกิดจากประจุทั้งสองมีค่าเท่าใด
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 (qA) = –300 μC = -300 x 10-6 C = -3 x 10-4 คูลอมบ์
ประจุ B (qB) = 600 μC = 600 x 10-6 C = 6 x 10-4 คูลอมบ์
ค่าคงที่ (k) = 9 × 109 N ม2 C-2
เป็นที่ต้องการ : สนามไฟฟ้า ณ จุด C
วิธีการแก้ปัญหา:
สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ A ณ จุด C:
ประจุ A มีค่าเป็นลบ 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 kg
ประจุของฝุ่น (q) = 0.5 μC = 0.5 x 10-6 C
ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/ s²
เป็นที่ต้องการ : สนามไฟฟ้า
วิธีการแก้ปัญหา:
w = มก.
w = น้ำหนักของฝุ่น, m = มวลของฝุ่น, g = ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง
แรงโน้มถ่วงกระทำต่อฝุ่นละออง:
w = mg = (1 x 10-6 กก.)(10 ม/วินาที2) = 10 x 10-6 กก. ม/วินาที2 = 10x10-6 นิวตัน
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. ประจุสอง q1 = 32 μC และ q2 = -214 μC อยู่ห่างกันเป็นระยะ x ดังแสดงในรูปด้านล่าง ไม่มีสนามไฟฟ้าที่จุด P ซึ่งอยู่ห่างจาก q เป็นระยะ 10 ซม.2หาค่า x
เป็นที่รู้จัก :
ประจุที่ 1 (Q)1) = 32 μC
ประจุที่ 2 (Q)2) = -214 μC
ระยะห่างของจุด P จากจุด q1 = x + 10 ซม.
ระยะห่างของจุด P จาก q2 = 10 ซม
ต้องการ: x
วิธีการแก้ปัญหา:
E1 = สนามไฟฟ้าที่เกิดจากประจุ Q1ทิศทางของสนามไฟฟ้าจะเบี่ยงเบนออกจาก Q1 เพราะว่า Q1 เป็นค่าบวก E2 = สนามไฟฟ้าที่เกิดจาก Q2ทิศทางของสนามไฟฟ้าชี้ไปที่ Q2 เพราะว่า Q2 เป็นลบ
ไม่มีแรงลัพธ์กระทำที่จุด p ซึ่งอยู่ห่างจากจุด Q เป็นระยะ 10 เซนติเมตร2
ใช้สูตรกำลังสอง:
9. จุดประจุ q อยู่ที่จุด P ในสนามไฟฟ้า ผลิต โดยประจุ (+) จึงมีแรง 0.05 นิวตัน ถ้าประจุคือ +5 × 0-6 แล้วขนาดของสนามไฟฟ้าที่จุด C มีค่าเท่าใด (หน่วยเป็นคูลอมบ์)
เป็นที่รู้จัก :
แรงไฟฟ้า (F) = 0.05 นิวตัน
ประจุไฟฟ้า (Q) = +5 × 0-6 คูลอมบ์ = 0.000005
เป็นที่ต้องการ : 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 = 104 N / C
E = 104 NC-1
- ไฟฟ้าสถิตคืออะไร? คำตอบไฟฟ้าสถิตหมายถึงการสะสมของประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของวัตถุ เรียกว่า "ไฟฟ้าสถิต" เพราะประจุเหล่านั้นคงอยู่ในบริเวณเดียว ไม่เคลื่อนที่หรือไหลเหมือนในกระแสไฟฟ้า
- ไฟฟ้าสถิตเกิดขึ้นได้อย่างไร? คำตอบไฟฟ้าสถิตมักเกิดขึ้นจากกระบวนการเกิดประจุจากการเสียดสี ซึ่งวัสดุบางชนิดจะเกิดประจุเมื่อสัมผัสกับวัสดุอื่นโดยการเสียดสี การถูลูกโป่งกับเส้นผม หรือการเดินบนพรมด้วยรองเท้าพื้นยาง สามารถทำให้เกิดการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตได้
- ทำไมบางครั้งคุณถึงรู้สึกถูกไฟดูดเมื่อจับลูกบิดประตูหลังจากเดินบนพรม? คำตอบการเดินบนพรม โดยเฉพาะในสภาพแห้ง สามารถทำให้เกิดประจุไฟฟ้าสถิตสะสมบนร่างกายได้ เมื่อคุณสัมผัสลูกบิดประตูหรือตัวนำไฟฟ้าอื่นๆ ประจุเหล่านั้นจะคายประจุออกมาอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าสถิตช็อตได้
- ความชื้นส่งผลต่อไฟฟ้าสถิตอย่างไร? คำตอบความชื้นมีแนวโน้มที่จะลดการสะสมของไฟฟ้าสถิต โมเลกุลของน้ำในอากาศสามารถช่วยกระจายประจุไฟฟ้าได้ ในวันที่อากาศแห้ง จะมีโอกาสเกิดการสะสมของไฟฟ้าสถิตและไฟฟ้าช็อตได้สูงกว่า
- เหตุใดวัสดุบางชนิดจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดประจุไฟฟ้าสถิตมากกว่าวัสดุชนิดอื่น? คำตอบวัสดุแต่ละชนิดมีความสามารถในการกักเก็บหรือถ่ายโอนอิเล็กตรอนแตกต่างกัน วัสดุบางชนิด เช่น ยางหรือพลาสติกบางประเภท มีแนวโน้มที่จะรับหรือปล่อยอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าวัสดุอื่นๆ ทำให้เกิดการสะสมประจุไฟฟ้าสถิตได้ง่ายกว่า
- หลักการทำงานของเครื่องวัดประจุไฟฟ้าคืออะไร? คำตอบเครื่องตรวจวัดไฟฟ้าสถิตเป็นอุปกรณ์ที่ใช้ตรวจจับประจุไฟฟ้าสถิต โดยทั่วไปประกอบด้วยแท่งโลหะที่เชื่อมต่อกับแผ่นฟอยล์โลหะบางสองแผ่น เมื่อนำวัตถุที่มีประจุเข้าใกล้แท่งโลหะ แผ่นฟอยล์จะแยกออกจากกันเนื่องจากแรงผลักของประจุชนิดเดียวกัน ซึ่งบ่งชี้ว่ามีไฟฟ้าสถิตอยู่
- การต่อสายดินช่วยกำจัดประจุไฟฟ้าสถิตได้อย่างไร? คำตอบการต่อสายดินช่วยให้ประจุส่วนเกินเคลื่อนที่ไปยังพื้นโลก ซึ่งเป็นแหล่งกักเก็บประจุขนาดใหญ่ เมื่อวัตถุที่มีประจุไฟฟ้าสถิตถูกต่อลงดิน ประจุส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลาง ลดหรือกำจัดประจุไฟฟ้าสถิตที่สะสมอยู่
- ทำไมเราจึงอาจเห็นประกายไฟในไซโลเก็บเมล็ดพืชหรือระหว่างการเติมเชื้อเพลิงเครื่องบิน และทำไมสิ่งนี้จึงเป็นอันตราย? คำตอบการเคลื่อนที่หรือการเสียดสีของเมล็ดพืชกับพื้นผิวต่างๆ สามารถก่อให้เกิดไฟฟ้าสถิตได้ และเช่นเดียวกันกับการไหลของเชื้อเพลิง หากมีการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิต มันสามารถคายประจุออกมาเป็นประกายไฟได้ ในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซไวไฟ ฝุ่น หรือของเหลว (เช่น ในไซโลเก็บเมล็ดพืชหรือระหว่างการเติมเชื้อเพลิงเครื่องบิน) ประกายไฟเหล่านี้สามารถจุดติดวัสดุไวไฟเหล่านั้น ทำให้เกิดการระเบิดได้
- สเปรย์หรือผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตทำงานอย่างไร? คำตอบสเปรย์และผลิตภัณฑ์ป้องกันไฟฟ้าสถิตมักมีสารที่ทำให้พื้นผิวมีคุณสมบัติเป็นตัวนำไฟฟ้าเล็กน้อย ด้วยวิธีนี้ จึงช่วยป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิต หรือช่วยกระจายประจุที่เกิดขึ้น
-
อนุกรมไตรโบอิเล็กทริกคืออะไร? คำตอบ: อนุกรมไตรโบอิเล็กทริกคือรายการที่จัดอันดับวัสดุตามแนวโน้มที่จะเกิดประจุบวกหรือประจุลบเมื่อถูกถูไปกับวัสดุอื่น วัสดุที่อยู่ด้านบนสุดของรายการมีแนวโน้มที่จะเกิดประจุบวก ในขณะที่วัสดุที่อยู่ด้านล่างสุดมีแนวโน้มที่จะเกิดประจุลบ
