Električno polje predstavlja promjenu u prostoru oko električnog naboja. Predstavljen je vodovima koji se nazivaju dalekovodi.
Ovaj je predmet dio elektrostatičkog sadržaja. Stoga, iskoristite vježbe koje vam je Toda Matéria pripremila, testirajte svoje znanje i razjasnite sumnje slijedeći komentirane rezolucije.
Problemi riješeni i komentirani
1) UFRGS - 2019
Donja slika prikazuje, u presjeku, sustav od tri električna naboja s pripadajućim skupom ekvipotencijalnih površina.
Provjerite alternativu koja ispravno popunjava praznine u dolje navedenom redoslijedu kako se pojavljuju. Iz izjednačavanja potencijala može se konstatirati da opterećenja... imaju znakove... i da su moduli opterećenja takvi da... .
a) 1 i 2 - jednako - q1 b) 1 i 3 - jednako - q1 c) 1 i 2 - suprotno - q1 d) 2 i 3 - suprotno - q1> q2> q3
e) 2 i 3 - jednako - q1> q2> q3
Ekvipotencijalne površine predstavljaju površine formirane točkama koje imaju isti električni potencijal.
Promatrajući crtež utvrdili smo da između naboja 1 i 2 postoje zajedničke površine, to se događa kada naboji imaju isti predznak. Prema tome, 1 i 2 imaju jednake naboje.
Iz crteža također primjećujemo da je opterećenje 1 ono s najmanjim modulom opterećenja, jer ima najmanji broj površina, a opterećenje 3 je ono s najvećim brojem.
Stoga moramo q1
Alternativa: a) 1 i 2 - jednako - q1
Na ilustraciji su točke I, II, III i IV prikazane u jednoličnom električnom polju.
Čestica zanemarive mase i pozitivnog naboja stječe najveću moguću električnu potencijalnu energiju ako se stavi u točku:
tamo
b) II
c) III
d) IV
U jednoličnom električnom polju pozitivna čestica ima veću električnu potencijalnu energiju što je bliža pozitivnoj ploči.
U ovom je slučaju točka I gdje će opterećenje imati najveću potencijalnu energiju.
Alternativa: a) I
Elektrofilter je oprema koja se može koristiti za uklanjanje malih čestica prisutnih u ispušnim plinovima u industrijskim dimnjacima. Osnovni princip rada opreme je ionizacija tih čestica, nakon čega slijedi uklanjanje električnim poljem u regiji u kojoj prolaze. Pretpostavimo da jedan od njih ima masu m, stekne naboj vrijednosti q i podvrgne se električnom polju modula E. Električnu silu na ovoj čestici daje
a) mqE.
b) mE / qb.
c) q / E.
d) qE.
Intenzitet električne sile koja djeluje na naboj smješten u području u kojem postoji električno polje jednak je umnošku naboja na veličinu električnog polja, odnosno F = q. I.
Alternativa: d) qE
Na satu laboratorija fizike, za proučavanje svojstava električnih naboja, izveden je pokus u kojem su male naelektrizirane sfere ubrizgavaju se u gornji dio komore, u vakuumu, gdje postoji jednolično električno polje u istom smjeru i smjeru kao i lokalno ubrzanje gravitacija. Uočeno je da s električnim poljem modula jednakim 2 x 103 V / m, jedna od sfera, mase 3,2 x 10-15 kg, ostao je konstantnom brzinom unutar komore. Ova kugla ima (uzmite u obzir: naboj elektrona = - 1,6 x 10-19 Ç; protonsko punjenje = + 1,6 x 10-19 Ç; lokalno ubrzanje gravitacije = 10 m / s2)
a) jednak broj elektrona i protona.
b) 100 elektrona više od protona.
c) 100 elektrona manje od protona.
d) 2000 više elektrona nego protona.
e) 2000 elektrona manje od protona.
Prema informacijama u problemu, utvrdili smo da su sile koje djeluju na kuglu sila utega i električna sila.
Kako sfera ostaje u komori s konstantnom brzinom, zaključujemo da ove dvije sile imaju jednaku veličinu i suprotan smjer. Kao donja slika:
Na taj način možemo izračunati modul opterećenja izjednačavanjem dviju sila koje djeluju na kuglu, to jest:
Sada, da bismo pronašli broj suvišnih čestica, upotrijebimo sljedeći odnos:
q = n.e
biće,
n: broj dodatnih elektrona ili protona
e: osnovni naboj
Stoga, zamjenjujući vrijednosti naznačene u problemu, imamo:
Kao što smo vidjeli, električna sila će morati imati suprotan smjer od sile utega.
Da bi se to dogodilo potrebno je da naboj ima negativan predznak, jer će na taj način električna sila i električno polje također imati suprotne smjerove.
Stoga će sfera morati imati veći broj elektrona od protona.
Alternativa: b) 100 elektrona više od protona.
5) Unesp - 2015
Električni modeli često se koriste za objašnjavanje prijenosa informacija u različitim sustavima u ljudskom tijelu. Na primjer, živčani sustav sastoji se od neurona (slika 1), stanica ograničenih tankom lipoproteinskom membranom koja razdvaja unutarćelijsko okruženje od izvanćelijskog. Unutarnji dio membrane je negativno nabijen, a vanjski ima pozitivan naboj (slika 2), slično onome što se događa u pločama kondenzatora.
Slika 3 predstavlja uvećani fragment ove membrane, debljine d, koji je pod djelovanjem polja jednolična električna, predstavljena na slici svojim linijama sile paralelne jedna drugoj i orijentirane na gore. Potencijalna razlika između unutarćelijskog i izvanstaničnog medija je V. Uzimajući u obzir elementarni električni naboj kao e, kalijev ion K +, naznačen na slici 3, pod djelovanjem ovog električnog polja bio bi izložen električnoj sili čiji se modul može zapisati kao
U jednoličnom električnom polju razlika potencijala daje se:
Električno polje E jednako je omjeru između električne sile i naboja, to jest:
Zamjenjujući ovaj odnos u prethodnom odnosu, imamo:
Budući da imamo samo jedan kalijev ion, izraz q = n.e postat će q = e. Zamjenom ove vrijednosti u prethodnom izrazu i izoliranjem sile, nalazimo:
Alternativa: d)
Područje između dviju ravnih i paralelnih metalnih ploča prikazano je na slici sa strane. Isprekidane crte predstavljaju jednoliko električno polje koje postoji između ploča. Udaljenost između ploča je 5 mm, a razlika potencijala između njih je 300 V. Koordinate točaka A, B i C prikazane su na slici. (Napišite i usvojite: sustav je u vakuumu. Naboj elektrona = -1.6.10-19 Ç)
Odredite
a) moduli ITHE, IB i jeÇ električnog polja u točkama A, B, odnosno C;
b) potencijalne razlike VAB i VPRIJE KRISTA između točaka A i B, odnosno između točaka B i C;
c) djelo izvedena električnom silom na elektron koji se kreće od točke C do točke A.
a) Kako je električno polje između ploča jednoliko, vrijednost će biti ista u točkama A, B i C, tj. ETHE = IB = IÇ = I.
Za izračunavanje modula E primijenit ćemo sljedeću formulu:
V = E.d
Gdje je V = 300 V i d = 5 mm = 0,005 m, naći ćemo sljedeću vrijednost:
b) Za izračunavanje potencijalnih razlika naznačenih točaka primijenit ćemo istu formulu kao gore, uzimajući u obzir naznačene udaljenosti, to jest:
Sad izračunajmo potencijalnu razliku između točaka B i C. Zbog toga imajte na umu da su ove dvije točke na istoj udaljenosti od ploča, tj. DPRIJE KRISTA = 0,004 - 0,004 = 0.
Na taj će način razlika potencijala biti jednaka nuli, to jest:
VPRIJE KRISTA = 60 000. 0 = 0
c) Za izračun rada poslužit ćemo se sljedećom formulom:
Ako je potencijal točke C jednak potencijalu točke B, tada je Vç - VTHE = VB - VTHE = - VAB = - 180 V. Zamjenjujući ovu vrijednost u formuli, imamo:
Razmotrimo električno polje generirano od dva električna naboja u obliku točke, jednakih vrijednosti i suprotnih predznaka, odvojenih udaljenostom d. O ovom vektoru električnog polja na jednako udaljenim točkama naboja ispravno je to tvrditi
a) ima smjer okomit na crtu koja spaja dva naboja i isti smjer u svim tim točkama.
b) ima isti smjer kao linija koja spaja dva opterećenja, ali varira u smjeru za svaku analiziranu točku.
c) ima smjer okomit na liniju koja spaja dva opterećenja, ali varira u smjeru za svaku analiziranu točku.
d) ima isti smjer kao linija koja spaja dva naboja i isti smjer u svim tim točkama.
Na donjoj slici su predstavljene linije sile kada imamo dva električna naboja s suprotnim signalima.
Kako vektor električnog polja dodiruje linije sile u svakoj točki, to provjeravamo u točkama jednako udaljeni od naboja, vektor će imati isti smjer kao linija koja spaja dva naboja i ista osjećaj.
Alternativa: d) ima isti smjer kao linija koja spaja dva naboja i isti smjer u svim tim točkama.
Za više vježbi pogledajte također:
- Električni naboj: vježbe
- Elektrostatika: vježbe
- Coulomb-ov zakon: vježbe
- Udruga otpornika - vježbe