Übungen zum elektrischen Feld

Das elektrische Feld repräsentiert die Veränderung des Raumes um eine elektrische Ladung. Es wird durch Linien dargestellt, die als Stromleitungen bezeichnet werden.

Dieses Thema ist Teil des elektrostatischen Inhalts. Nutzen Sie also die Übungen, die Toda Matéria für Sie vorbereitet hat, testen Sie Ihr Wissen und räumen Sie Zweifel aus, indem Sie die genannten Vorsätze befolgen.

Probleme gelöst und kommentiert

1) UFRGS - 2019

Die folgende Abbildung zeigt im Querschnitt ein System aus drei elektrischen Ladungen mit ihren jeweiligen Äquipotentialflächen.

Kreuzen Sie die Alternative an, die die Lücken in der folgenden Anweisung korrekt ausfüllt, in der Reihenfolge, in der sie erscheinen. Aus der Äquipotentialverfolgung lässt sich ablesen, dass die Lasten... habe zeichen... und dass die Lademodule so sind, dass... .

a) 1 und 2 – gleich – q1 b) 1 und 3 – gleich – q1 c) 1 und 2 – gegenüber – q1 d) 2 und 3 – gegenüber – q1 > q2 > q3
e) 2 und 3 – gleich – q1 > q2 > q3

Siehe Antwort

Äquipotentialflächen stellen Flächen dar, die von Punkten gebildet werden, die das gleiche elektrische Potential haben.

Beim Betrachten der Zeichnung haben wir festgestellt, dass zwischen den Ladungen 1 und 2 gemeinsame Oberflächen vorhanden sind, dies geschieht, wenn die Ladungen das gleiche Vorzeichen haben. Daher haben 1 und 2 gleiche Ladungen.

Aus der Zeichnung sehen wir auch, dass Last 1 diejenige mit dem kleinsten Lastmodul ist, da sie die kleinste Anzahl von Flächen hat, und Last 3 diejenige mit der höchsten Anzahl.

Daher müssen wir q1

Alternative: a) 1 und 2 - gleich - q1

2) UERJ - 2019

In der Abbildung sind die Punkte I, II, III und IV in einem einheitlichen elektrischen Feld dargestellt.

Ein Teilchen mit vernachlässigbarer Masse und positiver Ladung erhält die höchstmögliche elektrische potentielle Energie, wenn es an folgendem Punkt platziert wird:

Dort
b) II
c) III
d) IV

Siehe Antwort

In einem gleichmäßigen elektrischen Feld hat ein positives Teilchen eine größere potentielle elektrische Energie, je näher es der positiven Platte ist.

In diesem Fall ist Punkt I, wo die Last die größte potentielle Energie hat.

Alternative: a) Ich

3) UECE - 2016

Elektrofilter ist ein Gerät, das verwendet werden kann, um kleine Partikel aus den Abgasen von Industrieschornsteinen zu entfernen. Das grundlegende Funktionsprinzip des Geräts ist die Ionisierung dieser Partikel, gefolgt von der Entfernung durch die Verwendung eines elektrischen Felds in dem Bereich, in dem sie passieren. Angenommen, einer von ihnen hat die Masse m, erhält eine Ladung vom Wert q und wird einem elektrischen Feld des Moduls E ausgesetzt. Die elektrische Kraft auf dieses Teilchen ist gegeben durch

a) mqE.
b) mE/qb.
c) q/E.
d) qE.

Siehe Antwort

Die Intensität der elektrischen Kraft, die auf eine Ladung einwirkt, die sich in einem Bereich befindet, in dem ein elektrisches Feld vorhanden ist, ist gleich dem Produkt der Ladung mit der Größe des elektrischen Felds, dh F = q. UND.

Alternative: d) qE

4) Fuvest - 2015

In einer Physik-Laborklasse wurde zum Studium der Eigenschaften elektrischer Ladungen ein Experiment durchgeführt, bei dem kleine elektrifizierte Kugeln werden in den oberen Teil einer Kammer im Vakuum injiziert, wo ein gleichförmiges elektrisches Feld in der gleichen Richtung und Richtung wie die lokale Beschleunigung des Schwere. Es wurde beobachtet, dass bei einem elektrischen Feld mit einem Modul gleich 2 x 10³ V/m, eine der Kugeln, Masse 3,2 x 10^-15 kg, blieb mit konstanter Geschwindigkeit in der Kammer. Diese Kugel hat (beachte: Elektronenladung = - 1,6 x 10^-19; Protonenladung = + 1,6 x 10^-19; lokale Erdbeschleunigung = 10 m/s²)

a) die gleiche Anzahl von Elektronen und Protonen.
b) 100 Elektronen mehr als Protonen.
c) 100 Elektronen weniger als Protonen.
d) 2000 Elektronen mehr als Protonen.
e) 2000 Elektronen weniger als Protonen.

Siehe Antwort

Gemäß den Informationen in der Aufgabe haben wir festgestellt, dass die auf die Kugel wirkenden Kräfte die Gewichtskraft und die elektrische Kraft sind.

Da die Kugel mit konstanter Geschwindigkeit in der Kammer verbleibt, schließen wir, dass diese beiden Kräfte die gleiche Größe und entgegengesetzte Richtung haben. Als Bild unten:

Auf diese Weise können wir den Modul der Last berechnen, indem wir die beiden auf die Kugel wirkenden Kräfte gleichsetzen, d.h.:

Um nun die Anzahl der zusätzlichen Partikel zu ermitteln, verwenden wir die folgende Beziehung:

q = n.e

Sein,

n: Anzahl zusätzlicher Elektronen oder Protonen
e: Elementarladung

Daher ersetzen wir die im Problem angegebenen Werte und haben:

Wie wir gesehen haben, muss die elektrische Kraft die entgegengesetzte Richtung zur Gewichtskraft haben.

Dazu ist es notwendig, dass die Ladung ein negatives Vorzeichen hat, denn auf diese Weise haben die elektrische Kraft und das elektrische Feld auch entgegengesetzte Richtungen.

Daher muss die Kugel eine größere Anzahl von Elektronen als Protonen haben.

Alternative: b) 100 Elektronen mehr als Protonen.

5) Unesp - 2015

Elektrische Modelle werden häufig verwendet, um die Informationsübertragung in verschiedenen Systemen des menschlichen Körpers zu erklären. Das Nervensystem zum Beispiel besteht aus Neuronen (Abbildung 1), Zellen, die von einer dünnen Lipoproteinmembran begrenzt werden, die die intrazelluläre Umgebung von der extrazellulären Umgebung trennt. Der innere Teil der Membran ist negativ geladen und der äußere Teil ist positiv geladen (Abbildung 2), ähnlich wie bei den Platten eines Kondensators.

Abbildung 3 zeigt ein vergrößertes Fragment dieser Membran der Dicke d, das unter der Wirkung eines Feldes steht gleichförmig elektrisch, in der Abbildung dargestellt durch ihre Kraftlinien parallel zueinander und ausgerichtet auf oben. Die Potentialdifferenz zwischen intrazellulärem und extrazellulärem Medium beträgt V. Betrachtet man die elektrische Elementarladung als e, würde das in Abbildung 3 gezeigte Kaliumion K+ unter der Wirkung dieses elektrischen Feldes einer elektrischen Kraft ausgesetzt sein, deren Modul man schreiben kann als

Siehe Antwort

In einem gleichförmigen elektrischen Feld ist die Potentialdifferenz gegeben durch:

Das elektrische Feld E ist gleich dem Verhältnis zwischen elektrischer Kraft und Ladung, also:

Wenn wir diese Beziehung in der vorherigen Beziehung ersetzen, haben wir:

Da wir nur ein Kaliumion haben, wird der Ausdruck q = n. e zu q = e. Wenn wir diesen Wert in den vorherigen Ausdruck einsetzen und die Kraft isolieren, finden wir:

Alternative: d)

6) Fuvest - 2015

Der Bereich zwischen zwei ebenen und parallelen Metallplatten ist in der nebenstehenden Abbildung dargestellt. Die gestrichelten Linien stellen das zwischen den Platten bestehende gleichmäßige elektrische Feld dar. Der Abstand zwischen den Platten beträgt 5 mm und die Potenzialdifferenz zwischen ihnen beträgt 300 V. Die Koordinaten der Punkte A, B und C sind in der Abbildung dargestellt. (Schreiben und übernehmen: Das System befindet sich in einem Vakuum. Elektronenladung = -1.6.10^-19 )

Bestimmen

a) Module UND_DAS, UND_B und ist_Ç des elektrischen Feldes an den Punkten A, B bzw. C;

b) Potentialdifferenzen V_AB und V_BC zwischen den Punkten A und B bzw. zwischen den Punkten B und C;

c) die Arbeit wird durch die elektrische Kraft auf ein Elektron ausgeübt, das sich von Punkt C zu Punkt A bewegt.

Siehe Antwort

a) Da das elektrische Feld zwischen den Platten gleichförmig ist, ist der Wert an den Punkten A, B und C gleich, dh E_DAS = UND_B = UND_Ç = Und .

Um den Modul von E zu berechnen, wenden wir die folgende Formel an:

V= E.d

Bei V = 300 V und d = 5 mm = 0,005 m ergibt sich folgender Wert:

b) Um die Potentialdifferenzen der angegebenen Punkte zu berechnen, wenden wir dieselbe Formel wie oben unter Berücksichtigung der angegebenen Entfernungen an, d.

Berechnen wir nun die Potentialdifferenz zwischen den Punkten B und C. Beachten Sie dazu, dass diese beiden Punkte den gleichen Abstand von den Platten haben, also d_BC = 0,004 - 0,004 = 0.

Auf diese Weise ist die Potenzialdifferenz gleich Null, d. h.:

V_BC = 60 000. 0 = 0

c) Um die Arbeit zu berechnen, verwenden wir die folgende Formel:

Wenn das Potential von Punkt C gleich dem von Punkt B ist, dann ist V_ç - V_DAS = V_B - V_DAS = - V_AB = - 180 V. Setzen wir diesen Wert in die Formel ein, erhalten wir:

7) UECE - 2014

Betrachten Sie das elektrische Feld, das von zwei punktförmigen elektrischen Ladungen mit gleichen Werten und entgegengesetzten Vorzeichen erzeugt wird, die durch einen Abstand d getrennt sind. Über diesen elektrischen Feldvektor an den äquidistanten Punkten der Ladungen gilt:

a) hat die Richtung senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Ladungen und die gleiche Richtung an allen diesen Punkten.
b) hat dieselbe Richtung wie die Linie, die die beiden Lasten verbindet, variiert jedoch in der Richtung für jeden analysierten Punkt.
c) hat eine Richtung senkrecht zur Verbindungslinie der beiden Lasten, variiert jedoch in der Richtung für jeden analysierten Punkt.
d) hat dieselbe Richtung wie die Verbindungslinie der beiden Ladungen und dieselbe Richtung an allen diesen Punkten.

Siehe Antwort

Im Bild unten sind die Kraftlinien dargestellt, wenn wir zwei elektrische Ladungen mit entgegengesetzten Signalen haben.

Da der Vektor des elektrischen Feldes die Kraftlinien an jedem Punkt tangiert, überprüfen wir, dass an den Punkten gleich weit von den Ladungen hat der Vektor die gleiche Richtung wie die Linie, die die beiden Ladungen verbindet, und die gleiche Sinn.

Alternative: d) hat die gleiche Richtung wie die Verbindungslinie der beiden Ladungen und an allen diesen Punkten die gleiche Richtung.

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