Elektrické pole představuje změnu prostoru kolem elektrického náboje. Představují jej čáry zvané elektrické vedení.
Tento předmět je součástí elektrostatického obsahu. Využijte tedy cvičení, která pro vás Toda Matéria připravila, otestujte si své znalosti a vyjasněte pochybnosti podle komentovaných řešení.
Problémy vyřešeny a komentovány
1) UFRGS - 2019
Obrázek níže ukazuje v řezu systém tří elektrických nábojů s příslušnou sadou ekvipotenciálních ploch.
Zkontrolujte alternativu, která správně vyplňuje mezery v níže uvedeném prohlášení v pořadí, v jakém se objevují. Z ekvipotenciálního trasování lze konstatovat, že zatížení... mít znamení... a že zátěžové moduly jsou takové, že... .
a) 1 a 2 - stejné - q1 b) 1 a 3 - stejné - q1 c) 1 a 2 - proti - q1 d) 2 a 3 - proti - q1> q2> q3
e) 2 a 3 - stejné - q1> q2> q3
Ekvipotenciální povrchy představují povrchy tvořené body, které mají stejný elektrický potenciál.
Podle výkresu jsme zjistili, že mezi náboji 1 a 2 jsou společné povrchy, k tomu dochází, když mají náboje stejné znaménko. Proto 1 a 2 mají stejné poplatky.
Z výkresu také pozorujeme, že zatížení 1 je ten s nejmenším modulem zatížení, protože má nejmenší počet ploch, a zatížení 3 je ten s nejvyšším počtem.
Proto musíme q1
Alternativa: a) 1 a 2 - stejné - q1
Na obrázku jsou body I, II, III a IV znázorněny v jednotném elektrickém poli.
Částice se zanedbatelnou hmotností a kladným nábojem získává nejvyšší možnou elektrickou potenciální energii, pokud je umístěna v bodě:
tam
b) II
c) III
d) IV
V jednotném elektrickém poli má kladná částice větší elektrickou potenciální energii, čím blíže je ke kladné desce.
V tomto případě je bod I tam, kde bude mít zátěž největší potenciální energii.
Alternativa: a) I
Elektrostatický odlučovač je zařízení, které lze použít k odstranění malých částic přítomných ve výfukových plynech v průmyslových komínech. Základním principem činnosti zařízení je ionizace těchto částic, následovaná odstraněním pomocí elektrického pole v oblasti, kde procházejí. Předpokládejme, že jeden z nich má hmotnost m, nabije náboj hodnoty q a je vystaven elektrickému poli modulu E. Elektrická síla na tuto částici je dána vztahem
a) mqE.
b) mE / qb.
c) q / E.
d) qE.
Intenzita elektrické síly působící na náboj umístěný v oblasti, kde je elektrické pole, se rovná součinu náboje velikostí elektrického pole, tj. F = q. A.
Alternativa: d) qE
Ve třídě laboratorní fyziky byl ke studiu vlastností elektrických nábojů proveden experiment, ve kterém byly malé elektrifikované koule jsou vstřikovány do horní části komory ve vakuu, kde existuje rovnoměrné elektrické pole ve stejném směru a směru jako lokální zrychlení gravitace. Bylo pozorováno, že s elektrickým polem modulu rovným 2 x 103 V / m, jedna z koulí, o hmotnosti 3,2 x 10-15 kg, zůstalo uvnitř komory konstantní rychlostí. Tato koule má (zvažte: náboj elektronů = - 1,6 x 10-19 C; náboj protonů = + 1,6 x 10-19 C; lokální gravitační zrychlení = 10 m / s2)
a) stejný počet elektronů a protonů.
b) o 100 více elektronů než protonů.
c) o 100 elektronů méně než protony.
d) 2000 více elektronů než protonů.
e) 2 000 elektronů méně než protony.
Podle informací o problému jsme zjistili, že síly působící na kouli jsou váhová síla a elektrická síla.
Protože koule zůstává v komoře s konstantní rychlostí, dospěli jsme k závěru, že tyto dvě síly mají stejnou velikost a opačný směr. Jako obrázek níže:
Tímto způsobem můžeme vypočítat modul zatížení vyrovnáním dvou sil působících na kouli, tj.:
Chcete-li zjistit počet dalších částic, použijte následující vztah:
q = n.e
bytost,
n: počet dalších elektronů nebo protonů
e: základní náboj
Proto nahrazujeme hodnoty uvedené v problému a máme:
Jak jsme viděli, elektrická síla bude muset mít opačný směr než váhová síla.
Aby k tomu došlo, je nutné, aby náboj měl záporné znaménko, protože tímto způsobem bude mít elektrická síla a elektrické pole také opačné směry.
Koule proto bude muset mít větší počet elektronů než protony.
Alternativa: b) o 100 více elektronů než protonů.
5) Unesp - 2015
Elektrické modely se často používají k vysvětlení přenosu informací v různých systémech v lidském těle. Nervový systém je například složen z neuronů (obrázek 1), buněk vymezených tenkou lipoproteinovou membránou, která odděluje intracelulární prostředí od extracelulárního prostředí. Vnitřní část membrány je záporně nabitá a vnější část má kladný náboj (obrázek 2), podobný tomu, co se děje na deskách kondenzátoru.
Obrázek 3 představuje zvětšený fragment této membrány o tloušťce d, který je vystaven působení pole rovnoměrný elektrický proud, který je na obrázku znázorněn silovými silami navzájem rovnoběžnými a orientovanými na nahoru. Potenciální rozdíl mezi intracelulárním a extracelulárním médiem je V. Vezmeme-li v úvahu základní elektrický náboj jako e, draselný iont K +, uvedený na obrázku 3, by působením tohoto elektrického pole byl vystaven elektrické síle, jejíž modul lze zapsat jako
V jednotném elektrickém poli je rozdíl potenciálů dán vztahem:
Elektrické pole E se rovná poměru mezi elektrickou silou a nábojem, tj.:
Nahrazením tohoto vztahu v předchozím vztahu máme:
Protože máme pouze jeden iont draslíku, stane se výraz q = n.e q = e. Nahrazením této hodnoty v předchozím výrazu a izolací síly zjistíme:
Alternativa: d)
Oblast mezi dvěma plochými a rovnoběžnými kovovými deskami je znázorněna na obrázku na straně. Přerušované čáry představují rovnoměrné elektrické pole existující mezi deskami. Vzdálenost mezi deskami je 5 mm a potenciální rozdíl mezi nimi je 300 V. Souřadnice bodů A, B a C jsou uvedeny na obrázku. (Napište a přijměte: Systém je ve vakuu. Elektronový náboj = -1.6.10-19 C)
Určit
a) moduly ANDTHE, AB a jeC elektrického pole v bodech A, B a C;
b) potenciální rozdíly VAB a Vpřed naším letopočtem mezi body A a B a mezi body B a C;
c) dílo provádí se elektrickou silou na elektron pohybující se z bodu C do bodu A.
a) Jelikož je elektrické pole mezi deskami rovnoměrné, bude hodnota stejná v bodech A, B a C, tj. ETHE = ANDB = ANDC = A.
Pro výpočet modulu E použijeme následující vzorec:
V = E.d
Kde V = 300 V a d = 5 mm = 0,005 m najdeme následující hodnotu:
b) Pro výpočet potenciálních rozdílů uvedených bodů použijeme stejný vzorec jako výše, s ohledem na uvedené vzdálenosti, tj.:
Nyní vypočítáme potenciální rozdíl mezi body B a C. K tomu si všimněte, že tyto dva body jsou ve stejné vzdálenosti od desek, tj. Dpřed naším letopočtem = 0,004 - 0,004 = 0.
Tímto způsobem bude potenciální rozdíl roven nule, to znamená:
PROTIpřed naším letopočtem = 60 000. 0 = 0
c) Pro výpočet práce použijeme následující vzorec:
Pokud se potenciál bodu C rovná potenciálu bodu B, pak VC - VTHE = VB - VTHE = - VAB = - 180 V. Dosazením této hodnoty do vzorce máme:
Uvažujme elektrické pole generované dvěma bodovými elektrickými náboji, se stejnými hodnotami a opačnými znaménky, oddělenými vzdáleností d. O tomto vektoru elektrického pole ve ekvidistantních bodech nábojů je správné to konstatovat
a) má směr kolmý k přímce spojující dva náboje a stejný směr ve všech těchto bodech.
b) má stejný směr jako přímka, která spojuje dvě zatížení, ale mění se ve směru pro každý analyzovaný bod.
c) má směr kolmý k přímce, která spojuje dvě zatížení, ale mění se ve směru pro každý analyzovaný bod.
d) má stejný směr jako přímka spojující dva náboje a stejný směr ve všech těchto bodech.
Na obrázku níže jsou znázorněny silové linie, když máme dva elektrické náboje s opačnými signály.
Protože vektor elektrického pole dotýká siločáry v každém bodě, ověřujeme to v bodech ve stejné vzdálenosti od nábojů bude mít vektor stejný směr jako přímka spojující dva náboje a stejný smysl.
Alternativa: d) má stejný směr jako přímka spojující dva náboje a stejný směr ve všech těchto bodech.
Další cvičení najdete také:
- Elektrický náboj: Cvičení
- Elektrostatika: Cvičení
- Coulombův zákon: Cvičení
- Asociace rezistorů - cvičení
