Το ηλεκτρικό πεδίο αντιπροσωπεύει την αλλαγή του χώρου γύρω από ένα ηλεκτρικό φορτίο. Αντιπροσωπεύεται από γραμμές που ονομάζονται ηλεκτροφόρα καλώδια.
Αυτό το θέμα είναι μέρος του ηλεκτροστατικού περιεχομένου. Λοιπόν, επωφεληθείτε από τις ασκήσεις που έχει προετοιμάσει ο Toda Matéria για εσάς, δοκιμάστε τις γνώσεις σας και ξεκαθαρίστε τις αμφιβολίες σας ακολουθώντας τα σχόλια.
Τα ζητήματα επιλύθηκαν και σχολιάστηκαν
1) UFRGS - 2019
Το παρακάτω σχήμα δείχνει, σε διατομή, ένα σύστημα τριών ηλεκτρικών φορτίων με το αντίστοιχο σύνολο ισοδύναμων επιφανειών.
Ελέγξτε την εναλλακτική λύση που συμπληρώνει σωστά τα κενά στην παρακάτω δήλωση, με τη σειρά με την οποία εμφανίζονται. Από την ισοδυναμική ανίχνευση, μπορεί να δηλωθεί ότι τα φορτία... έχει σημάδια... και ότι οι μονάδες φόρτωσης είναι τέτοιες που... .
α) 1 και 2 - ίσο - q1 β) 1 και 3 - ίσο - q1 γ) 1 και 2 - αντίθετο - q1 δ) 2 και 3 - αντίθετο - q1> q2> q3
ε) 2 και 3 - ίσο - q1> q2> q3
Οι ισοδυναμικές επιφάνειες αντιπροσωπεύουν επιφάνειες που σχηματίζονται από σημεία που έχουν το ίδιο ηλεκτρικό δυναμικό.
Παρατηρώντας το σχέδιο, εντοπίσαμε ότι μεταξύ των χρεώσεων 1 και 2 υπάρχουν κοινές επιφάνειες, αυτό συμβαίνει όταν οι χρεώσεις έχουν το ίδιο σύμβολο. Επομένως, τα 1 και 2 έχουν ίσες χρεώσεις.
Από το σχέδιο, παρατηρούμε επίσης ότι το φορτίο 1 είναι αυτό με το μικρότερο μέτρο φόρτωσης, καθώς έχει τον μικρότερο αριθμό επιφανειών, και το φορτίο 3 είναι αυτό με τον υψηλότερο αριθμό.
Επομένως, πρέπει να q1
Εναλλακτική λύση: α) 1 και 2 - ίσο - q1
Στην απεικόνιση, τα σημεία I, II, III και IV παρουσιάζονται σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο.
Ένα σωματίδιο με αμελητέα μάζα και θετικό φορτίο αποκτά την υψηλότερη δυνατή ηλεκτρική ενέργεια, εάν τοποθετηθεί στο σημείο:
εκεί
β) II
γ) III
δ) IV
Σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο, ένα θετικό σωματίδιο έχει μεγαλύτερη ενέργεια ηλεκτρικού δυναμικού όσο πιο κοντά είναι στη θετική πλάκα.
Σε αυτήν την περίπτωση, το σημείο Ι είναι όπου το φορτίο θα έχει τη μεγαλύτερη δυναμική ενέργεια.
Εναλλακτική λύση: α) I
Ο ηλεκτροστατικός ιζηματοποιητής είναι εξοπλισμός που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αφαίρεση μικρών σωματιδίων που υπάρχουν στα καυσαέρια σε βιομηχανικές καμινάδες. Η βασική αρχή λειτουργίας του εξοπλισμού είναι ο ιονισμός αυτών των σωματιδίων, ακολουθούμενη από αφαίρεση με τη χρήση ηλεκτρικού πεδίου στην περιοχή όπου διέρχονται. Ας υποθέσουμε ότι ένας από αυτούς έχει μάζα m, αποκτά ένα φορτίο της τιμής q και υπόκειται σε ηλεκτρικό πεδίο του συντελεστή Ε. Η ηλεκτρική δύναμη σε αυτό το σωματίδιο δίνεται από
α) mqE.
β) mE / qb.
γ) q / Ε.
δ) qE.
Η ένταση της ηλεκτρικής δύναμης που ενεργεί σε ένα φορτίο που βρίσκεται σε μια περιοχή όπου υπάρχει ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι ίση με το προϊόν του φορτίου από το μέγεθος του ηλεκτρικού πεδίου, δηλαδή, F = q. ΚΑΙ.
Εναλλακτική λύση: d) qE
Σε μια τάξη εργαστηρίου φυσικής, για τη μελέτη των ιδιοτήτων 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 (θεωρήστε: φόρτιση ηλεκτρονίων = - 1,6 x 10-19 ΝΤΟ; φόρτιση πρωτονίων = + 1,6 x 10-19 ΝΤΟ; τοπική επιτάχυνση της βαρύτητας = 10 m / s2)
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.
Σύμφωνα με τις πληροφορίες στο πρόβλημα, εντοπίσαμε ότι οι δυνάμεις που δρουν στη σφαίρα είναι η δύναμη βάρους και η ηλεκτρική δύναμη.
Καθώς η σφαίρα παραμένει στον θάλαμο με σταθερή ταχύτητα, συμπεραίνουμε ότι αυτές οι δύο δυνάμεις έχουν το ίδιο μέγεθος και αντίθετη κατεύθυνση. Όπως η παρακάτω εικόνα:
Με αυτόν τον τρόπο, μπορούμε να υπολογίσουμε το συντελεστή του φορτίου εξισώνοντας τις δύο δυνάμεις που δρουν στη σφαίρα, δηλαδή:
Τώρα, για να βρούμε τον αριθμό των επιπλέον σωματιδίων, ας χρησιμοποιήσουμε την ακόλουθη σχέση:
q = δηλ
να εισαι,
n: αριθμός επιπλέον ηλεκτρονίων ή πρωτονίων
ε: στοιχειώδη χρέωση
Επομένως, αντικαθιστώντας τις τιμές που αναφέρονται στο πρόβλημα, έχουμε:
Όπως έχουμε δει, η ηλεκτρική δύναμη θα πρέπει να έχει την αντίθετη κατεύθυνση από τη δύναμη βάρους.
Για να συμβεί αυτό, το φορτίο πρέπει να έχει αρνητικό σημάδι, καθώς έτσι η ηλεκτρική δύναμη και το ηλεκτρικό πεδίο θα έχουν επίσης αντίθετες κατευθύνσεις.
Επομένως, η σφαίρα θα πρέπει να έχει μεγαλύτερο αριθμό ηλεκτρονίων από τα πρωτόνια.
Εναλλακτική λύση: β) 100 ηλεκτρόνια περισσότερα από τα πρωτόνια.
5) Unesp - 2015
Τα ηλεκτρικά μοντέλα χρησιμοποιούνται συχνά για να εξηγήσουν τη μετάδοση πληροφοριών σε διάφορα συστήματα στο ανθρώπινο σώμα. Το νευρικό σύστημα, για παράδειγμα, αποτελείται από νευρώνες (σχήμα 1), κύτταρα που οριοθετούνται από μια λεπτή μεμβράνη λιποπρωτεΐνης που διαχωρίζει το ενδοκυτταρικό περιβάλλον από το εξωκυτταρικό περιβάλλον. Το εσωτερικό μέρος της μεμβράνης είναι αρνητικά φορτισμένο και το εξωτερικό μέρος έχει θετικό φορτίο (σχήμα 2), παρόμοιο με αυτό που συμβαίνει στις πλάκες ενός πυκνωτή.
Το Σχήμα 3 αντιπροσωπεύει ένα διευρυμένο θραύσμα αυτής της μεμβράνης, πάχους d, το οποίο βρίσκεται υπό τη δράση ενός πεδίου ομοιόμορφο ηλεκτρικό, που απεικονίζεται στο σχήμα από τις γραμμές δύναμης του παράλληλες μεταξύ τους και προσανατολισμένες προς πάνω. Η πιθανή διαφορά μεταξύ του ενδοκυτταρικού και εξωκυτταρικού μέσου είναι V. Λαμβάνοντας υπόψη το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο ως e, το ιόν καλίου K +, που υποδεικνύεται στο σχήμα 3, υπό τη δράση αυτού του ηλεκτρικού πεδίου, θα υποβληθεί σε μια ηλεκτρική δύναμη της οποίας η μονάδα μπορεί να γραφτεί ως
Σε ένα ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο η διαφορά δυναμικού δίνεται από:
Το ηλεκτρικό πεδίο E ισούται με την αναλογία μεταξύ της ηλεκτρικής δύναμης και της φόρτισης, δηλαδή:
Αντικαθιστώντας αυτήν τη σχέση στην προηγούμενη σχέση, έχουμε:
Δεδομένου ότι έχουμε μόνο ένα ιόν καλίου, η έκφραση q = n.e θα γίνει q = e. Αντικαθιστώντας αυτήν την τιμή στην προηγούμενη έκφραση και απομονώνοντας τη δύναμη, βρίσκουμε:
Εναλλακτική: δ)
Η περιοχή μεταξύ δύο επίπεδων και παράλληλων μεταλλικών πλακών φαίνεται στο σχήμα στο πλάι. Οι διακεκομμένες γραμμές αντιπροσωπεύουν το ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο που υπάρχει μεταξύ των πλακών. Η απόσταση μεταξύ των πλακών είναι 5 mm και η διαφορά δυναμικού μεταξύ τους είναι 300 V. Οι συντεταγμένες των σημείων A, B και C φαίνονται στο σχήμα. (Γράψτε και υιοθετήστε: Το σύστημα βρίσκεται σε κενό. Φόρτιση ηλεκτρονίων = -1.6.10-19 ΝΤΟ)
Καθορίσει
α) ενότητες ΚΑΙΟ, ΚΑΙσι και είναιΝΤΟ του ηλεκτρικού πεδίου στα σημεία A, B και C, αντίστοιχα ·
β) πιθανές διαφορές VΑΒ και Vπρο ΧΡΙΣΤΟΥ μεταξύ των σημείων Α και Β και μεταξύ των σημείων Β και Γ, αντίστοιχα ·
γ) το έργο εκτελείται από την ηλεκτρική δύναμη σε ένα ηλεκτρόνιο που κινείται από το σημείο C στο σημείο A.
α) Καθώς το ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών είναι ομοιόμορφο, η τιμή θα είναι η ίδια στα σημεία A, B και C, δηλαδή, EΟ = ΚΑΙσι = ΚΑΙΝΤΟ = Και.
Για τον υπολογισμό του συντελεστή του E, θα εφαρμόσουμε τον ακόλουθο τύπο:
V = E.d
Όπου V = 300 V και d = 5 mm = 0,005 m, θα βρούμε την ακόλουθη τιμή:
β) Για τον υπολογισμό των πιθανών διαφορών των υποδεικνυόμενων σημείων, θα εφαρμόσουμε τον ίδιο τύπο όπως παραπάνω, λαμβάνοντας υπόψη τις υποδεικνυόμενες αποστάσεις, δηλαδή:
Ας υπολογίσουμε τώρα την πιθανή διαφορά μεταξύ των σημείων Β και Γ. Για αυτό, σημειώστε ότι αυτά τα δύο σημεία βρίσκονται στην ίδια απόσταση από τις πλάκες, δηλαδή, dπρο ΧΡΙΣΤΟΥ = 0,004 - 0,004 = 0.
Με αυτόν τον τρόπο, η διαφορά δυναμικού θα είναι ίση με το μηδέν, δηλαδή:
Βπρο ΧΡΙΣΤΟΥ = 60 000. 0 = 0
γ) Για τον υπολογισμό της εργασίας, θα χρησιμοποιήσουμε τον ακόλουθο τύπο:
Εάν το δυναμικό του σημείου C είναι ίσο με αυτό του σημείου Β, τότε Vντο - ΒΟ = Vσι - ΒΟ = - VΑΒ = - 180 V. Αντικαθιστώντας αυτήν την τιμή στον τύπο, έχουμε:
Εξετάστε το ηλεκτρικό πεδίο που παράγεται από δύο ηλεκτρικά φορτία σε σχήμα σημείου, ίσων τιμών και αντίθετων σημείων, χωρισμένα με απόσταση d. Σχετικά με αυτό το διάνυσμα ηλεκτρικού πεδίου στα ίσα σημεία των φορτίων, είναι σωστό να το δηλώσετε
α) έχει την κατεύθυνση κάθετη προς τη γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και την ίδια κατεύθυνση σε όλα αυτά τα σημεία.
β) έχει την ίδια κατεύθυνση με τη γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία, αλλά ποικίλλει στην κατεύθυνση για κάθε σημείο που αναλύεται.
γ) έχει κατεύθυνση κάθετη προς τη γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία, αλλά ποικίλλει στην κατεύθυνση για κάθε σημείο που αναλύεται.
δ) έχει την ίδια κατεύθυνση με τη γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και την ίδια κατεύθυνση σε όλα αυτά τα σημεία.
Στην παρακάτω εικόνα απεικονίζονται οι γραμμές δύναμης όταν έχουμε δύο ηλεκτρικά φορτία με αντίθετα σήματα.
Καθώς ο φορέας ηλεκτρικού πεδίου εφαπτεί τις γραμμές δύναμης σε κάθε σημείο, το επιβεβαιώνουμε στα σημεία σε απόσταση από τα φορτία, το διάνυσμα θα έχει την ίδια κατεύθυνση με τη γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και το ίδιο έννοια.
Εναλλακτική: d) έχει την ίδια κατεύθυνση με τη γραμμή που ενώνει τα δύο φορτία και την ίδια κατεύθυνση σε όλα αυτά τα σημεία.
Για περισσότερες ασκήσεις, δείτε επίσης:
- Ηλεκτρικό φορτίο: Ασκήσεις
- Ηλεκτροστατική: Ασκήσεις
- Ο νόμος του Coulomb: Ασκήσεις
- Ένωση αντιστάσεων - ασκήσεις
