Statik elektrik – sorunlar ve çözümler

Statik elektrik – sorunlar ve çözümler

Elektrik kuvveti

1. Elektrik alanında A noktası . A noktasındaki elektrik alanının büyüklüğü = 0.5 NC⁻¹ ^. A noktasına 0.25 C'luk bir yük yerleştirilirse, yüke etki eden elektrik kuvveti nedir?

Bilinenler:

A noktasındaki elektrik alanı = 0.5 NC ^-1

A noktasındaki elektrik yükü = 0.25 C

Aranıyor: Elektrik gücü

Çözüm :

F = q E

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

F = 0.125N

^{2. 5 C ve 4 C'luk iki yük} 3 metre mesafeyle ayrılmıştır. Coulomb sabiti 9 × 10⁹ Nm²C⁻² ise , ^iki yükün maruz kaldığı elektrik ^kuvvetinin büyüklüğü nedir?

Bilinenler:

Yük 1 (q ₁ ) = 5 C

Yük 2 (q ₂ ) = 4 C

1. ve 2. yükler arasındaki mesafe (r) = 3 metre

Coulomb sabiti (k) = ⁹ × ^10⁹ Nm² ^C⁻²

Aranan: Elektrik kuvvetinin büyüklüğü (F)

Çözüm :

_{3. + q₁} = 10 μC; +q₂ ₌ 20 μC; ve q₃ _elektrik yükleri aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi birbirinden ayrılmıştır. _q₂ yüküne etki eden elektrik kuvveti 0 ise, _q₃ yükünün yükü nedir?

Bilinenler:

Yük 1 (q ₁ ) = 10 μC = 10 x 10 ^-6 C

Yük 2 (q ₂ ) = 20 μC = 20 x 10 ^-6 C

Aranıyor: _q3'ün yükü nedir?

Çözüm :

_{+q 2} üzerine iki kuvvet etki etmektedir.

_{Birinci kuvvet, +q 1} yükü ile +q ₂ yükü arasındaki itme kuvveti olan F _12'dir ve sağa doğrudur.

_{q 2} = 0 ise, net elektrik kuvveti q 3'e etki eder ve bu nedenle q ₃ negatif olmalıdır.

İkinci kuvvet, +q ₂ ve -q ₃ yükleri arasındaki çekim kuvveti olan F _23'tür ve sola doğrudur.

Bu kuvvetlerin her ikisi de q2'ye etki eder _, aynı büyüklüktedir ancak zıt yöndedir.

Net kuvvet +q ₂ = 0 üzerine etki eder.

_{4. q₁} , q₂ ve q₂ olmak üzere _üç yük bir doğru üzerindedir. Eğer q₁ = 5.0 μC ve d = 30 cm ise, q₁ yüküne etki eden elektrik kuvvetinin büyüklüğü ve yönü nedir?

Bilinenler:

Yük 1 (q ₁ ) = 30 μC = 30 x 10 ^-6 C

Yük 2 (q ₂ ) = 60 μC = 60 x 10 ^-6 C

Yük 3 (q) = 5 μC = 5 x 10 ^-6 C

q ₁ ve q = d arasındaki mesafe

q ₂ ve q = 2d arasındaki mesafe

d = 30 cm = 0.3 metre

d ² = (0.3) ² = 0.09

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

Aranıyor: Elektrik yüküne etki eden elektrik kuvvetinin büyüklüğü ve yönü

Çözüm :

q noktasına etki eden iki kuvvet vardır: F1 _sağa doğru (q ve q1 _pozitif olduğundan F1 _, q ve q1'den uzaklaşır ₎ ve F2 _sola doğru (q ve q2 _pozitif olduğundan F2, _{q ve q2'den} uzaklaşır ). Öncelikle F1 _ve F2'yi _{hesaplayalım}.

Net kuvvet 7.5 Newton'dur. Net kuvvetin yönü, F kuvvetinin yönüne eşittir.₁sağa doğru noktayı q yüküne doğru yönlendirin.₂.

Elektrik alanı

5. Bir q noktasal yükü , (+) yükünün oluşturduğu elektrik alanında P noktasında bulunmaktadır ve bu noktada yüke doğru 0.05 N'luk bir kuvvete maruz kalmaktadır. Eğer P noktasındaki elektrik alanının büyüklüğü 2 x 10⁻² N⁻¹ ise ^, elektrik alanına neden olan yükün büyüklüğü ve türü ^nedir?

Bilinenler:

Elektrik kuvveti (F) = 0.05 N

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

Aranan: Elektrik yükünün büyüklüğü ve türü

Çözüm :

Elektrik yükü, elektrik kuvveti (F), elektrik alanı (E) ve elektrik yükü (q) arasındaki ilişkiyi ifade eden bir formül kullanılarak hesaplanır:

F = q E

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

q yükü, (+) yüke doğru bir elektrik kuvvetine maruz kalır ve bu da bir elektrik alanı oluşturur; dolayısıyla q yükü negatiftir.

6. A ve B yükleri 4 metre mesafeyle ayrılmıştır. C noktası, her iki yük arasında, A noktasından 1 metre uzaklıktadır. Eğer Q _A = –300 μC, Q _B = 600 μC ise ve 1/4 π ε ₀ = 9 × 10 ⁹ N m ² C– 2 ise, her iki yükün C noktasında oluşturduğu elektrik alanın büyüklüğü nedir?

Bilinenler:

A ve B yükleri arasındaki mesafe (r _AB ) = 4 metre

C noktası ile A yükü arasındaki mesafe (r _AC ) = 1 metre

C noktası ile B yükü arasındaki mesafe (rBC ₎ = 3 metre

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

Yük B (q _B ) = 600 μC = 600 x 10 ^-6 C = 6 x 10 ^-4 Coulomb

Sabit (k) = 9 ^{× 10⁹} N ^m² C⁻²

Aranan: C noktasındaki elektrik alanı

Çözüm :

A yükünün C noktasında oluşturduğu elektrik alanı:

A yükü negatiftir, bu nedenle elektrik alanın yönü A yüküne doğru ve B yükünden uzağa (sola) doğrudur.

B yükünün C noktasında oluşturduğu elektrik alanı:

B yükü pozitif olduğundan, elektrik alanın yönü B yükünden uzaklaşarak A yüküne (sola) doğru yönelir.

A noktasındaki elektrik alanının bileşkesi:

E = E _A + E _B

E = (27 x 10⁵ ⁾ + (6 x ^10⁵ )

E = 33 x 10⁵ ^N /C

Elektrik alanının yönü A yüküne doğru, B yükünden ise sola doğrudur.

7. Havada 1 mg'lık bir toz parçacığı yüzüyor. Toz parçacığının yükü 0.5 μC ve yerçekimi ivmesi 10 m/s² ise, toz parçacığını destekleyen elektrik alanın büyüklüğünü belirleyin.

Bilinenler:

Toz kütlesi (m) = 1 mg = 1 x 10 ^-6 kg

Toz yükü (q) = 0.5 μC = 0.5 x ^10⁻⁶ C

Yerçekimi ivmesi (g) = 10 m/ ^s²

Aranıyor: Elektrik alanı

Çözüm :

w = mg

w = tozun ağırlığı, m = tozun kütlesi, g = yerçekimi ivmesi

Yerçekimi kuvveti toz üzerinde etki eder:

w = mg = (1 x 10⁻⁶ ^kg )(10 m/s² ⁾ = 10 x ^10⁻⁶ kg m/s² ⁼ 10 x ^10⁻⁶ Newton

Elektrik alanının denklemi:

E=F/q

E = elektrik alanı, F = elektrik kuvveti, q = elektrik yükü

Elektrik alan denklemindeki F'nin yerine ağırlık denklemindeki w'yi koyun:

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. Şekilde gösterildiği gibi, q₁} = 32 μC ve q₂ ₌ -214 μC olmak üzere iki yük x mesafesiyle ayrılmıştır. q₂ yükünden 10 cm uzaklıktaki P noktasında elektrik alan yoktur _. x'i bulun.

Bilinenler:

Yük 1 (Q ₁ ) = 32 μC

Yük 2 (Q ₂ ) = -214 μC

_{P noktasının q1} noktasından uzaklığı = x + 10 cm

_{P noktasının q2} noktasından uzaklığı = 10 cm

Aranıyor: x

Çözüm :

E _{1 = Q 1} yükü tarafından üretilen elektrik alanı . Elektrik alanının yönü Q _1'den uzaktır çünkü Q ₁ pozitiftir. E _{2 = Q 2} yükü tarafından üretilen elektrik alanı . Elektrik alanının yönü Q _2'ye doğrudur çünkü Q ₂ negatiftir.

_Q2 noktasından 10 cm uzaklıktaki p noktasında net bir kuvvet yoktur.

İkinci dereceden denklem formülünü kullanın:

9. Yükü + olan bir nokta, + yüklü bir noktanın oluşturduğu elektrik alanının P noktasındadır ve bu nedenle 0.05 N'luk bir kuvvete sahiptir. Eğer yük +5 × 0 ^–6 Coulomb ise, C noktasındaki elektrik alanının büyüklüğü nedir?

Bilinenler:

Elektrik kuvveti (F) = 0.05 Newton

Elektrik yükü (Q) = +5 × 0 ^–6 Coulomb = 0.000005

Aranan: P noktasındaki elektrik alanı

Çözüm :

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. Statik elektrik nedir? CevapStatik elektrik, nesnelerin yüzeyinde elektrik yükünün birikmesini ifade eder. "Statik" olarak adlandırılmasının nedeni, yüklerin akım elektriğinde olduğu gibi hareket etmemesi veya akmaması, aksine tek bir alanda kalmasıdır.
2. Statik elektrik nasıl üretilir? CevapStatik elektrik genellikle triboelektrik yüklenme süreciyle oluşur; bu süreçte belirli malzemeler, farklı bir malzemeyle sürtünme teması sonucu yüklenir. Bir balonu saça sürtmek veya kauçuk tabanlı ayakkabılarla halı üzerinde yürümek statik yüklerin birikmesine yol açabilir.
3. Halı üzerinde yürüdükten sonra kapı koluna dokunduğunuzda bazen neden elektrik çarpması hissedersiniz? CevapHalı üzerinde yürümek, özellikle kuru havalarda, vücudunuzda statik elektrik birikmesine neden olabilir. Bir kapı koluna veya başka bir iletkene dokunduğunuzda, bu yükler hızla boşalarak statik elektrik çarpmasına yol açabilir.
4. Nem, statik elektriği nasıl etkiler? CevapNem, statik elektriğin birikmesini azaltma eğilimindedir. Havadaki su molekülleri elektrik yüklerinin dağılmasına yardımcı olabilir. Daha kuru günlerde, statik elektrik birikmesi ve elektrik çarpması yaşama olasılığı daha yüksektir.
5. Bazı malzemelerin diğerlerine göre statik elektriklenmeye daha yatkın olmasının nedeni nedir? CevapMalzemeler, elektron tutma veya aktarma yetenekleri bakımından farklılık gösterir. Kauçuk veya bazı plastikler gibi bazı malzemeler, diğerlerine göre elektronları daha kolay kazanır veya kaybeder; bu da onları statik yük birikimine daha yatkın hale getirir.
6. Elektroskopun çalışma prensibi nedir? CevapElektroskop, statik yükün varlığını tespit etmek için kullanılan bir cihazdır. Genellikle iki ince metal folyo yaprağına bağlı bir metal çubuktan oluşur. Yüklü bir cisim çubuğa yaklaştırıldığında, benzer yüklerin itmesi nedeniyle yapraklar birbirinden uzaklaşır ve bu da statik elektriğin varlığını gösterir.
7. Topraklama statik yükleri nasıl ortadan kaldırır? CevapTopraklama, fazla yükün, muazzam bir yük deposu olan Dünya'ya doğru hareket etmesi için bir yol sağlar. Statik olarak yüklü bir cisim topraklandığında, fazla yükler nötrleştirilir ve statik birikimi azalır veya ortadan kalkar.
8. Bir tahıl silosunda veya bir uçağın yakıt ikmali sırasında neden kıvılcımlar görebilirsiniz ve bu neden tehlikelidir? CevapTahılların hareket etmesi veya yüzeylere sürtünmesi statik elektrik üretebilir ve aynı durum yakıt akışı için de geçerlidir. Statik yük birikimi olursa, kıvılcım olarak boşalabilir. Yanıcı gazların, tozun veya sıvıların bulunduğu ortamlarda (örneğin bir tahıl silosunda veya uçak yakıt ikmali sırasında), bu kıvılcımlar yanıcı maddeyi tutuşturarak patlamalara yol açabilir.
9. Antistatik spreyler veya ürünler nasıl çalışır? CevapAntistatik spreyler ve ürünler genellikle yüzeyleri hafifçe iletken hale getiren maddeler içerir. Bu sayede statik yüklerin birikmesini önler veya biriken yüklerin dağılmasına yardımcı olurlar.

10. Triboelektrik serisi nedir? Cevap : Triboelektrik serisi, malzemelerin başka bir malzemeye sürtüldüğünde pozitif veya negatif yüklenme eğilimlerine göre sıralandığı bir listedir. Listenin üst sıralarında yer alan malzemeler pozitif yüklenme eğilimindeyken, alt sıralarında yer alanlar negatif yüklenme eğilimindedir.