Sähkökenttä edustaa tilan muutosta sähkövarauksen ympärillä. Sitä edustavat linjat, joita kutsutaan voimalinjoiksi.
Tämä aihe on osa sähköstaattista sisältöä. Joten hyödynnä Toda Matérian sinulle valmistamia harjoituksia, testaa tietosi ja selvitä epäilyt noudattamalla mainittuja päätöslauselmia.
Ongelmat ratkaistu ja kommentoitu
1) UFRGS - 2019
Alla olevassa kuvassa on esitetty poikkileikkauksena järjestelmä, joka koostuu kolmesta sähkövarauksesta niiden potentiaalipotentiaalijoukkojen kanssa.
Tarkista vaihtoehto, joka täyttää tyhjät kohdat oikein alla olevassa lausekkeessa siinä järjestyksessä kuin ne esiintyvät. Potentiaalitasapainon perusteella voidaan todeta, että kuormat... on merkkejä... ja että kuormitusmoduulit ovat sellaisia, että... .
a) 1 ja 2 - yhtä suuri - q1 b) 1 ja 3 - yhtä suuri - q1 c) 1 ja 2 - vastakkainen - q1 d) 2 ja 3 - vastakkainen - q1> q2> q3
e) 2 ja 3 - yhtä suuri - q1> q2> q3
Potentiaalipinnat edustavat pintoja, jotka muodostuvat pisteistä, joilla on sama sähköpotentiaali.
Piirrosta havaitsimme, että latausten 1 ja 2 välillä on yhteisiä pintoja, tämä tapahtuu, kun latauksilla on sama merkki. Siksi 1: llä ja 2: lla on samat varaukset.
Piirustuksesta havaitaan myös, että kuormalla 1 on pienin kuormitusmoduuli, koska sillä on pienin pintamäärä ja kuormalla 3 on suurin luku.
Siksi meidän on q1
Vaihtoehto: a) 1 ja 2 - yhtä suuri - q1
Kuvassa kohdat I, II, III ja IV on esitetty yhtenäisenä sähkökenttänä.
Hiukkanen, jolla on merkityksetön massa ja positiivinen varaus, saa suurimman mahdollisen sähköpotentiaalienergian, jos se sijoitetaan pisteeseen:
siellä
b) II
c) III
d) IV
Tasaisessa sähkökentässä positiivisella hiukkasella on suurempi sähköpotentiaalienergia, sitä lähempänä se on positiivista levyä.
Tässä tapauksessa kuormalla on suurin potentiaalienergia kohdassa I.
Vaihtoehto: a) I
Sähköstaattinen suodatin on laite, jota voidaan käyttää teollisten savupiippujen pakokaasuissa olevien pienten hiukkasten poistamiseen. Laitteen perusperiaate on näiden hiukkasten ionisointi, jota seuraa poistaminen käyttämällä sähkökenttää alueella, jolla ne kulkevat. Oletetaan, että yhdellä niistä on massa m, se saa arvon q varauksen ja altistuu moduulin E sähkökentälle. Tämän hiukkasen sähkövoima saadaan
a) mqE.
b) mE / qb.
c) q / E.
d) qE.
Sähkövoiman voimakkuus, joka vaikuttaa varaukseen, joka sijaitsee alueella, jossa on sähkökenttä, on yhtä suuri kuin varauksen tulo sähkökentän suuruudella, ts. F = q. JA.
Vaihtoehto: d) qE
Fysiikan laboratorioluokassa sähkövarausten ominaisuuksien tutkimiseksi tehtiin koe, jossa pienet sähköistetyt pallot ruiskutetaan kammion yläosaan tyhjiössä, jossa on tasainen sähkökenttä samaan suuntaan ja suuntaan kuin kammion paikallinen kiihtyvyys. painovoima. Havaittiin, että sähkökentän moduulin ollessa 2 x 103 V / m, yksi palloista, massa 3,2 x 10-15 kg, pysyi vakionopeudella kammion sisällä. Tällä pallolla on (harkitse: elektronivaraus = - 1,6 x 10-19 Ç; protonipanos = + 1,6 x 10-19 Ç; paikallinen painovoiman kiihtyvyys = 10 m / s2)
a) sama määrä elektroneja ja protoneja.
b) 100 elektronia enemmän kuin protoneja.
c) 100 elektronia vähemmän kuin protonit.
d) 2000 elektronia enemmän kuin protoneja.
e) 2000 elektronia vähemmän kuin protonit.
Ongelmatietojen perusteella havaitsimme, että palloon vaikuttavat voimat ovat painovoima ja sähkövoima.
Koska pallo pysyy kammiossa vakionopeudella, päätellään, että näillä kahdella voimalla on sama suuruus ja vastakkainen suunta. Kuten alla olevassa kuvassa:
Tällä tavalla voimme laskea kuormituksen moduulin tasoittamalla palloon vaikuttavat kaksi voimaa, toisin sanoen:
Nyt, kun haluat selvittää ylimääräisten hiukkasten määrän, käytetään seuraavaa suhdetta:
q = ei
oleminen,
n: ylimääräisten elektronien tai protonien määrä
e: perusvaraus
Siksi korvaamalla ongelmassa ilmoitetut arvot meillä on:
Kuten olemme nähneet, sähkövoimalla on oltava päinvastainen suunta kuin painovoimalla.
Jotta tämä tapahtuisi, varauksella on oltava negatiivinen merkki, koska tällä tavoin sähkövoimalla ja sähkökentällä on myös vastakkaiset suunnat.
Siksi pallolla on oltava suurempi määrä elektroneja kuin protoneilla.
Vaihtoehto: b) 100 elektronia enemmän kuin protoneja.
5) Unesp - 2015
Sähkömalleja käytetään usein selittämään tiedonsiirtoa ihmiskehon eri järjestelmissä. Esimerkiksi hermosto koostuu hermosoluista (kuva 1), soluista, joita rajaa ohut lipoproteiinikalvo, joka erottaa solunsisäisen ympäristön solunulkoisesta ympäristöstä. Kalvon sisäosa on negatiivisesti varautunut ja ulkoisella osalla on positiivinen varaus (kuva 2), samanlainen kuin mitä tapahtuu kondensaattorin levyissä.
Kuvio 3 esittää tämän kalvon suurennettua fragmenttia, paksuus d, joka on kentän vaikutuksen alaisena tasainen sähköinen, jota kuvassa edustavat toisiinsa nähden samansuuntaiset ja suuntaiset voimajonot ylös. Potentiaalinen ero solunsisäisen ja solunulkoisen väliaineen välillä on V. Ottaen huomioon alkuainesähkövarauksen e, kuviossa 3 esitetty kaliumioni K + altistuu tämän sähkökentän vaikutuksesta sähkövoimalle, jonka moduuli voidaan kirjoittaa
Tasaisessa sähkökentässä potentiaaliero saadaan seuraavasti:
Sähkökenttä E on yhtä suuri kuin sähkövoiman ja varauksen suhde, toisin sanoen:
Korvaa tämä suhde edellisessä suhteessa, meillä on:
Koska meillä on vain yksi kaliumioni, lausekkeesta q = n.e tulee q = e. Korvaamalla tämä arvo edellisessä lausekkeessa ja eristämällä voima löydämme:
Vaihtoehto: d)
Kahden tasaisen ja yhdensuuntaisen metallilevyn välinen alue on esitetty sivun kuvassa. Katkoviivat edustavat levyn välistä tasaista sähkökenttää. Levyjen välinen etäisyys on 5 mm ja niiden välinen potentiaaliero on 300 V. Pisteiden A, B ja C koordinaatit on esitetty kuvassa. (Kirjoita muistiin ja ota käyttöön: Järjestelmä on tyhjiössä. Elektronivaraus = -1,6,10-19 Ç)
Määritä
a) moduulit JATHE, JAB ja onÇ sähkökentän pisteissä A, B ja C, vastaavasti;
b) potentiaalierot VAB ja VEKr pisteiden A ja B ja vastaavasti pisteiden B ja C välillä;
c) työ sähkövoima suorittaa elektronille, joka liikkuu pisteestä C pisteeseen A.
a) Koska levyjen välinen sähkökenttä on tasainen, arvo on sama pisteissä A, B ja C eli ETHE = JAB = JAÇ = Ja.
E-moduulin laskemiseksi käytämme seuraavaa kaavaa:
V = E.d.
Jos V = 300 V ja d = 5 mm = 0,005 m, löydämme seuraavan arvon:
b) Laskettaessa ilmoitettujen pisteiden potentiaaliset erot, käytämme samaa kaavaa kuin yllä, ottaen huomioon ilmoitetut etäisyydet, eli:
Lasketaan nyt pisteiden B ja C potentiaalinen ero. Tätä varten on huomattava, että nämä kaksi pistettä ovat samalla etäisyydellä levyistä, eli dEKr = 0,004 - 0,004 = 0.
Tällä tavalla potentiaaliero on yhtä suuri kuin nolla, toisin sanoen:
VEKr = 60 000. 0 = 0
c) Työn laskemiseen käytämme seuraavaa kaavaa:
Jos pisteen C potentiaali on yhtä suuri kuin pisteen B potentiaali, niin Vç - VTHE = VB - VTHE = - VAB = - 180 V. Korvaamalla tämä arvo kaavassa meillä on:
Tarkastellaan kahden pistemäisen sähkövarauksen synnyttämää sähkökenttää, joiden arvo on sama ja vastakkaiset, erotettu etäisyydellä d. Tietoja tästä sähkökenttävektorista varausten yhtä kaukana olevissa pisteissä on oikein sanoa
a) suunta on kohtisuorassa kahta varausta yhdistävän linjan kanssa ja sama suunta kaikissa näissä pisteissä.
b) on samaa suuntaa kuin linja, joka yhdistää nämä kaksi kuormaa, mutta vaihtelee suunnassa jokaisen analysoidun pisteen kohdalla.
c) sen suunta on kohtisuorassa viivaan nähden, joka yhdistää nämä kaksi kuormaa, mutta vaihtelee suunnassa jokaisen analysoidun pisteen kohdalla.
d) on sama suunta kuin kaksi varausta yhdistävä viiva ja sama suunta kaikissa näissä pisteissä.
Alla olevassa kuvassa on esitetty voimalinjat, kun meillä on kaksi vastakkaisten signaalien omaavaa sähkövarausta.
Kun sähkökentän vektori tangentoi voimajohdot kussakin kohdassa, varmistamme sen pisteissä tasaisella etäisyydellä varauksista vektorilla on sama suunta kuin kaksi varausta yhdistävällä viivalla ja sama mielessä.
Vaihtoehto: d) on sama suunta kuin kaksi varausta yhdistävä viiva ja sama suunta kaikissa näissä pisteissä.
Katso lisää harjoituksia myös:
- Sähkövaraus: Harjoitukset
- Sähköstaattinen: Harjoitukset
- Coulombin laki: Harjoitukset
- Vastusliitto - Harjoitukset