Το ηλεκτρικό φορτίο είναι η ιδιότητα των σωματιδίων να προσελκύουν ή όχι να προσελκύουν άλλους. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόνια προσελκύουν πρωτόνια, ενώ τα νετρόνια δεν προσελκύονται ούτε απωθούνται από ηλεκτρόνια.
Ένα σώμα θα είναι ουδέτερο όταν έχει την ίδια ποσότητα ηλεκτρονίων και πρωτονίων. Όταν έχει μεγαλύτερο αριθμό ηλεκτρονίων από τα πρωτόνια, ηλεκτροδοτείται αρνητικά. Από την άλλη πλευρά, όταν ο αριθμός των ηλεκτρονίων είναι μικρότερος από τον αριθμό των πρωτονίων, θα ηλεκτροδοτηθεί θετικά.
Επωφεληθείτε από τις επιλυμένες και σχολιασμένες ερωτήσεις για να καθαρίσετε τις αμφιβολίες σας σχετικά με αυτό το θέμα της ηλεκτροστατικής.
Επιλυμένα ζητήματα
1) UFRGS - 2018
Ένα αρνητικό φορτίο Q προσεγγίζεται σε μια μονωμένη, ηλεκτρικά ουδέτερη αγώγιμη σφαίρα. Η σφαίρα στη συνέχεια γειώνεται με καλώδιο μολύβδου. Ελέγξτε την εναλλακτική λύση που συμπληρώνει σωστά τα κενά στην παρακάτω δήλωση, με τη σειρά με την οποία εμφανίζονται. Εάν το φορτίο Q μετακινηθεί πολύ μακριά ενώ η μπάλα είναι γειωμένη και έπειτα το έδαφος δεν είναι γειωμένο, η μπάλα θα γίνει ________. Από την άλλη πλευρά, εάν πρώτα αφαιρεθεί το έδαφος και μετά αφαιρεθεί το φορτίο Q, η σφαίρα θα είναι ________.
α) ηλεκτρικά ουδέτερο - θετικά φορτισμένο
β) ηλεκτρικά ουδέτερο - αρνητικά φορτισμένο
γ) θετικά φορτισμένο - ηλεκτρικά ουδέτερο
δ) θετικά φορτισμένο - αρνητικά φορτισμένο
ε) αρνητικά φορτισμένο - θετικά φορτισμένο
Όταν ένα αρνητικό φορτίο προσεγγίζεται από μια ουδέτερη αγώγιμη σφαίρα, μια απωστική δύναμη προκαλεί τη συσσώρευση ηλεκτρονίων στην περιοχή της σφαίρας που βρίσκεται πιο μακριά από το φορτίο.
Με αυτόν τον τρόπο, η περιοχή που βρίσκεται πλησιέστερα στη σφαίρα δεν περιέχει ηλεκτρόνια. Στην πρώτη περίπτωση, η γείωση της μπάλας ενώ το φορτίο αφαιρείται προκαλεί το φορτίο της μπάλας να επιστρέψει στο ουδέτερο.
Στη δεύτερη περίπτωση, καθώς το φορτίο απομακρύνεται μετά την αφαίρεση του εδάφους, αυτό προκαλεί υπερβολικά φορτία. αρνητικά που συσσωρεύονται στο ένα άκρο της σφαίρας αποστραγγίζονται στη γη, καθιστώντας τη σφαίρα θετικά φορτωμένος.
Εναλλακτική λύση: α) ηλεκτρικά ουδέτερη - θετικά φορτισμένη
Ένα μεταλλικό αντικείμενο, X, ηλεκτρικά μονωμένο, έχει αρνητικό φορτίο 5,0 x 10-12 ΝΤΟ. Ένα δεύτερο μεταλλικό αντικείμενο, Υ, ουδέτερο, διατηρούμενο σε επαφή με τη Γη, πλησιάζει το πρώτο και υπάρχει μια σπίθα μεταξύ τους, χωρίς να αγγίζουν. Η διάρκεια του σπινθήρα είναι 0,5 s και η έντασή της είναι 10-11 Ο. Στο τέλος αυτής της διαδικασίας, τα συνολικά ηλεκτρικά φορτία των αντικειμένων X και Y είναι, αντίστοιχα,
α) μηδέν και μηδέν.
β) μηδέν και - 5,0 x 10-12 ΝΤΟ.
c) - 2,5 x 10-12 C και - 2,5 x 10-12 ΝΤΟ.
δ) - 2,5 x 10-12 C και + 2,5 x 10-12 ΝΤΟ.
ε) + 5,0 x 10-12 C και μηδέν
Το ποσό του φορτίου που μεταφέρεται στην κατάσταση που παρουσιάζεται μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
Αντικαθιστώντας τις υποδεικνυόμενες τιμές, έχουμε:
Έτσι, το αντικείμενο y έλαβε χρέωση 5.10-12 C, αλλά επειδή είναι γειωμένο, αυτή η περίσσεια φόρτισης θα απομακρυνθεί και το αντικείμενο θα έχει συνολική φόρτιση ίση με μηδέν.
Η υπέρβαση των αρνητικών φορτίων που ήταν στο αντικείμενο x, μεταφέρθηκε πλήρως στο αντικείμενο y, όπως υπολογίσαμε. Επομένως, η συνολική χρέωση θα είναι επίσης μηδέν.
Εναλλακτική λύση: α) μηδέν και μηδέν
Δύο πανομοιότυπες μεταλλικές ράβδοι φορτίζονται με φόρτιση 9,0 μC. Έρχονται σε επαφή με ένα τρίτο ραβδί, επίσης πανομοιότυπο με τα άλλα δύο, αλλά των οποίων η καθαρή φόρτιση είναι μηδέν. Μετά την επαφή μεταξύ τους, τα τρία ραβδιά απομακρύνονται. Ποιο είναι το καθαρό φορτίο, σε µC, στην τρίτη ράβδο;
α) 3.0
β) 4.5
γ) 6.0
δ) 9.0
ε) 18
Στην ηλεκτροδότηση επαφής, όταν τα σώματα είναι ίδια, το φορτίο θα κατανέμεται εξίσου μεταξύ των σωμάτων.
Έτσι, η φόρτιση των 18 μC (9 + 9) θα διαιρεθεί με 3, οπότε κάθε ράβδος, μετά από επαφή, θα έχει καθαρό φορτίο 6 μC (18: 3).
Εναλλακτική λύση: γ) 6.0
Σε μια τάξη φυσικής, χρησιμοποιήθηκαν δύο πανομοιότυπες μεταλλικές σφαίρες, το Χ και το Υ: το Χ αναστέλλεται από ένα μονωτικό σύρμα με τη μορφή εκκρεμούς και Υ στερεωμένο σε μονωτικό στήριγμα, όπως φαίνεται στο σχήμα βελάζω. Οι σφαίρες αρχικά απέχουν μεταξύ τους, με το Χ να είναι θετικά φορτισμένο και το Υ ηλεκτρικά ουδέτερο.
Εξετάστε την παρακάτω περιγραφή δύο απλών διαδικασιών για να δείξετε πιθανές διαδικασίες ηλεκτροδότησης και στη συνέχεια σημειώστε την εναλλακτική που συμπληρώνει σωστά τα κενά στις δηλώσεις, με τη σειρά με την οποία εμφανίζομαι.
I - Η σφαίρα Y προσεγγίζει το X, χωρίς να αγγίζουν. Σε αυτήν την περίπτωση, επαληθεύεται πειραματικά ότι η σφαίρα X είναι _____________ από τη σφαίρα Υ.
II - Η σφαίρα Υ προσεγγίζει το Χ, χωρίς να αγγίζουν. Ενώ διατηρείται σε αυτήν τη θέση, γίνεται σύνδεση της μπάλας Υ με τη γη χρησιμοποιώντας καλώδιο μολύβδου. Ακόμα σε αυτήν τη θέση κοντά στο X, το Y διακόπτει την επαφή με τη γη και στη συνέχεια το Y απομακρύνεται και πάλι από το X. Σε αυτήν την περίπτωση, η σφαίρα Y γίνεται _____________.
α) προσελκύεται - ηλεκτρικά ουδέτερο
β) προσελκύεται - θετικά φορτισμένο
γ) προσελκύεται - αρνητικά φορτισμένο
δ) απωθημένος - θετικά φορτισμένος
ε) απωθημένο - αρνητικά φορτισμένο
Στη διαδικασία Ι, όταν πλησιάζουμε τη σφαίρα Υ στη σφαίρα Χ, η οποία είναι θετικά φορτισμένη, τα ηλεκτρόνια θα έλκονται στην περιοχή πλησιέστερα στο Χ. Έτσι, η σφαίρα Χ έλκεται στη σφαίρα Υ.
Στη δεύτερη διαδικασία, συνδέοντας τη σφαίρα Υ με ένα αγώγιμο σύρμα, η περιοχή που αφέθηκε με έλλειψη ηλεκτρονίων θα λάβει αρνητικά φορτία. Κατά τη διακοπή αυτής της σύνδεσης, η σφαίρα Υ θα φορτιστεί αρνητικά.
Εναλλακτική λύση: γ) προσελκύεται - αρνητικά φορτισμένη
Για να μάθετε περισσότερα, δείτε ηλεκτροστατική και Ηλεκτροστατική: Ασκήσεις.
5) Fuvest - 2015
Σε μια τάξη εργαστηρίου φυσικής, για να μελετηθούν οι ιδιότητες των ηλεκτρικών φορτίων, πραγματοποιήθηκε ένα πείραμα στο οποίο μικρές ηλεκτρικές σφαίρες εγχέονται στο άνω μέρος ενός θαλάμου, σε κενό, όπου υπάρχει ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο στην ίδια κατεύθυνση και κατεύθυνση με την τοπική επιτάχυνση του βαρύτητα. Παρατηρήθηκε ότι, με ηλεκτρικό πεδίο συντελεστή ίσο με 2 x 103 V / m, μία από τις σφαίρες, μάζας 3,2 x 10-15 kg, παρέμεινε σε σταθερή ταχύτητα εντός του θαλάμου. Αυτή η σφαίρα έχει
α) τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων και πρωτονίων.
β) 100 περισσότερα ηλεκτρόνια από τα πρωτόνια.
γ) 100 ηλεκτρόνια λιγότερο από πρωτόνια.
δ) 2000 περισσότερα ηλεκτρόνια από τα πρωτόνια.
ε) 2000 ηλεκτρόνια λιγότερο από πρωτόνια.
Σημείωση και υιοθέτηση: φόρτιση ηλεκτρονίων = - 1,6 x 10-19 ΝΤΟ; φόρτιση πρωτονίων = + 1,6 x 10+19 ΝΤΟ; τοπική επιτάχυνση της βαρύτητας = 10 m / s2
Καθώς το φορτίο παρέμεινε εντός του θαλάμου με σταθερή ταχύτητα, αυτό σημαίνει ότι η καθαρή δύναμη είναι ίση με το μηδέν.
Δεδομένου ότι η δύναμη βάρους και η ηλεκτρική δύναμη είναι οι δυνάμεις που δρουν στο φορτίο, πρέπει να έχουν την ίδια ένταση και αντίθετες κατευθύνσεις έτσι ώστε η προκύπτουσα δύναμη να είναι μηδέν.
Η ηλεκτρική δύναμη υπολογίζεται με τον τύπο Fηλεκτρικός = q. E είναι το βάρος δύναμης που δίνεται από P = m.g, έτσι έχουμε:
Καθώς η χρέωση δίνεται από q = n.e, έχουμε:
Για να έχει η ηλεκτρική δύναμη την αντίθετη κατεύθυνση της δύναμης βάρους, θα είναι απαραίτητο το φορτίο να είναι αρνητικό, με αυτόν τον τρόπο, η δύναμη θα έχει την αντίθετη κατεύθυνση προς το ηλεκτρικό πεδίο. Έτσι θα έχουμε περίσσεια ηλεκτρονίων.
Εναλλακτική λύση: β) 100 περισσότερα ηλεκτρόνια από τα πρωτόνια.
Για να μάθετε περισσότερα, δείτε επίσης Ηλεκτρικό πεδίο και Ηλεκτρικές ασκήσεις πεδίου.
6) UFLA - 2010
Δύο ίσες αποφορτισμένες αγώγιμες σφαίρες 1 και 2 βρίσκονται σε επαφή μεταξύ τους και στηρίζονται σε μονωτική επιφάνεια. Ένα θετικά ηλεκτροκίνητο μπαστούνι πλησιάζει σε ένα από αυτά, χωρίς να το αγγίξει, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Στη συνέχεια αφαιρούνται οι μπάλες και αφαιρείται η ηλεκτρική ράβδος.
Είναι σωστό να το δηλώσω αυτό
α) οι σφαίρες παραμένουν εκφορτωμένες, καθώς δεν υπάρχει μεταφορά φορτίων μεταξύ ραβδιών και σφαιρών.
β) η σφαίρα 1, πλησιέστερα στο ραβδί, φορτίζεται θετικά και η σφαίρα 2 αρνητικά φορτισμένη.
γ) οι σφαίρες ηλεκτροδοτούνται με ίσα φορτία και αντίθετα σημάδια.
δ) οι σφαίρες φορτίζονται με χρεώσεις ίσου σημείου και και οι δύο με αρνητικό σημάδι, καθώς η ράβδος προσελκύει αντίθετα φορτία.
Τα θετικά φορτία στη ράβδο θα προσελκύσουν τα αρνητικά φορτία στη σφαίρα 1 και η σφαίρα 2 θα έχει έλλειψη ηλεκτρονίων.
Διαχωρίζοντας τις δύο σφαίρες, διατηρώντας τη ράβδο στην ίδια θέση, η σφαίρα 1 θα ηλεκτροδοτηθεί αρνητικά και η σφαίρα 2 θα φορτιστεί θετικά.
Εναλλακτική λύση: γ) οι σφαίρες ηλεκτροδοτούνται με ίσα φορτία και αντίθετα σημάδια.
