תרגילי שדה חשמליים

השדה החשמלי מייצג את השינוי במרחב סביב מטען חשמלי. הוא מיוצג על ידי קווים הנקראים קווי חשמל.

נושא זה הוא חלק מהתוכן האלקטרוסטטי. לכן, נצל את התרגילים שהכינה לך טודה מטריה, בדוק את הידע שלך והבהיר ספקות על ידי ביצוע ההחלטות שהגיבו.

הנושאים נפתרו והגיבו עליהם

1) UFRGS - 2019

האיור שלהלן מציג, בחתך, מערכת של שלוש מטענים חשמליים עם סט המשטחים המשווים להם.

בדוק את החלופה שממלאת כראוי את החסר בהצהרה למטה, לפי סדר הופעתם. מהמעקב המשוויוני ניתן לקבוע שהעומסים... יש סימנים... וכי מודולי העומס הם כאלה ש... .

א) 1 ו- 2 - שווים - q1 b) 1 ו- 3 - שווים - q1 c) 1 ו- 2 - מול - q1 d) 2 ו- 3 - מול q1> q2> q3
ה) 2 ו- 3 - שווים - q1> q2> q3

ראה תשובה

משטחים שיווי משקל מייצגים משטחים הנוצרים על ידי נקודות בעלות פוטנציאל חשמלי זהה.

בהתבוננות בשרטוט זיהינו שבין מטענים 1 ל -2 ישנם משטחים נפוצים, זה קורה כאשר למטענים יש אותו סימן. לכן, ל -1 ו -2 יש חיובים שווים.

מהשרטוט נצפה גם שעומס 1 הוא זה עם מודול העומס הקטן ביותר, מכיוון שיש לו את המספר הקטן ביותר של משטחים, ועומס 3 הוא זה עם המספר הגבוה ביותר.

לכן, עלינו q1

חלופה: א) 1 ו -2 - שווים - ש 1

2) UERJ - 2019

באיור, נקודות I, II, III ו- IV מיוצגות בשדה חשמלי אחיד.

חלקיק בעל מסה זניחה ומטען חיובי רוכש את האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית הגבוהה ביותר האפשרית אם מוצב בנקודה:

שם
ב) II
ג) III
ד) IV

ראה תשובה

בשדה חשמלי אחיד, לחלקיק חיובי אנרגיה פוטנציאלית חשמלית גדולה יותר ככל שהוא קרוב יותר לפלטה החיובית.

במקרה זה, נקודה I היא המקום בו לעומס תהיה האנרגיה הפוטנציאלית הגדולה ביותר.

חלופה: א) אני

3) UECE - 2016

משקע אלקטרוסטטי הוא ציוד שניתן להשתמש בו להסרת חלקיקים קטנים הנמצאים בגזי פליטה בארובות תעשייתיות. עקרון ההפעלה הבסיסי של הציוד הוא יינון של חלקיקים אלה, ואחריו הסרת השימוש בשדה חשמלי באזור בו הם עוברים. נניח שלאחד מהם יש מסה m, רוכש מטען של ערך q והוא נתון לשדה חשמלי של מודולוס E. הכוח החשמלי על חלקיק זה ניתן על ידי

א) mqE.
ב) mE / qb.
ג) q / E.
ד) qE.

ראה תשובה

עוצמת הכוח החשמלי הפועל על מטען הנמצא באזור בו קיים שדה חשמלי שווה לתוצר המטען לפי גודל השדה החשמלי, כלומר F = q. AND.

חלופה: ד) qE

4) Fuvest - 2015

בשיעור מעבדה לפיזיקה, כדי לחקור תכונות של מטענים חשמליים, נערך ניסוי בו כדוריות חשמליות קטנות מוזרקים לחלק העליון של החדר, בוואקום, שם יש שדה חשמלי אחיד באותו כיוון וכיוון כמו התאוצה המקומית של כוח משיכה. נצפה כי, עם שדה חשמלי של מודול השווה ל -2 x 10³ V / m, אחד הכדורים, בעל מסה 3.2 x 10^-15 ק"ג, נשאר במהירות קבועה בתוך החדר. לתחום זה יש (שקול: מטען אלקטרונים = - 1.6 x 10^-19 Ç; מטען פרוטון = + 1.6 x 10^-19 Ç; האצת כובד מקומית = 10 מ / ש²)

א) אותו מספר אלקטרונים ופרוטונים.
ב) 100 אלקטרונים יותר מפרוטונים.
ג) 100 אלקטרונים פחות מפרוטונים.
ד) 2000 יותר אלקטרונים מאשר פרוטונים.
ה) 2000 אלקטרונים פחות מפרוטונים.

ראה תשובה

על פי המידע בבעיה, זיהינו שהכוחות הפועלים על הכדור הם כוח המשקל והכוח החשמלי.

מכיוון שהכדור נשאר בחדר במהירות קבועה, אנו מסיקים כי שני הכוחות הללו בעלי אותו גודל וכיוון מנוגד. כתמונה למטה:

בדרך זו אנו יכולים לחשב את מודול העומס על ידי השוואת שני הכוחות הפועלים על הכדור, כלומר:

כעת, כדי למצוא את מספר החלקיקים הנוספים, נשתמש בקשר הבא:

q = n.e

להיות,

n: מספר אלקטרונים או פרוטונים נוספים
ה: מטען אלמנטרי

לכן, החלפת הערכים המצוינים בבעיה, יש לנו:

כפי שראינו, הכוח החשמלי יצטרך לכוון הפוך מכוח המשקל.

כדי שזה יקרה יש צורך שבמטען יהיה סימן שלילי, מכיוון שבדרך זו גם לכוח החשמלי ולשדה החשמלי יהיו כיוונים מנוגדים.

לכן, הכדור יצטרך להכיל מספר רב יותר של אלקטרונים מאשר פרוטונים.

חלופה: ב) 100 אלקטרונים יותר מפרוטונים.

5) Unesp - 2015

לעתים קרובות משתמשים במודלים חשמליים כדי להסביר את העברת המידע במערכות שונות בגוף האדם. מערכת העצבים, למשל, מורכבת מנוירונים (איור 1), תאים שתוחמים על ידי קרום ליפופרוטאין דק המפריד בין הסביבה התוך-תאית לסביבה החוץ-תאית. החלק הפנימי של הממברנה טעון שלילית ולחלק החיצוני יש מטען חיובי (איור 2), בדומה למה שקורה בלוחות הקבל.

איור 3 מייצג שבר מוגדל של קרום זה, בעובי d, שנמצא תחת פעולת שדה חשמלי אחיד, המיוצג באיור על ידי קווי הכוח המקבילים זה לזה ומכוונים לְמַעלָה. ההבדל הפוטנציאלי בין המדיום התוך לתאי הוא V. בהתחשב במטען החשמלי האלמנטרי כ e, יון האשלגן K +, המצוין באיור 3, תחת פעולתו של שדה חשמלי זה, יהיה כפוף לכוח חשמלי שניתן לכתוב את המודול שלו כ

ראה תשובה

בשדה חשמלי אחיד ההפרש הפוטנציאלי ניתן על ידי:

השדה החשמלי E שווה ליחס בין הכוח החשמלי למטען, כלומר:

החלפת מערכת יחסים זו במערכת היחסים הקודמת, יש לנו:

מכיוון שיש לנו רק יון אשלגן אחד, הביטוי q = n.e יהפוך ל- q = e. החלפת ערך זה בביטוי הקודם ובידוד הכוח, אנו מוצאים:

חלופה: ד)

6) Fuvest - 2015

האזור שבין שתי לוחות מתכת שטוחים ומקבילים מוצג באיור בצד. הקווים המקווקו מייצגים את השדה החשמלי האחיד הקיים בין הלוחות. המרחק בין הלוחות הוא 5 מ"מ והפרש הפוטנציאל ביניהם הוא 300 וולט. הקואורדינטות של הנקודות A, B ו- C מוצגות באיור. (כתוב ואימץ: המערכת נמצאת בוואקום. מטען אלקטרונים = -1.6.10^-19 Ç)

לקבוע

א) מודולים AND_ה, AND_ב והוא_Ç של השדה החשמלי בנקודות A, B ו- C, בהתאמה;

ב) הבדלים פוטנציאליים V_א.ב. ו- V._{לִפנֵי הַסְפִירָה} בין נקודות A ו- B ובין נקודות B ו- C, בהתאמה;

ג) העבודה מבוצע על ידי הכוח החשמלי באלקטרון הנע מנקודה C לנקודה A.

ראה תשובה

א) כיוון שהשדה החשמלי בין הלוחות אחיד, הערך יהיה זהה בנקודות A, B ו- C, כלומר E_ה = AND_ב = AND_Ç = וגם.

כדי לחשב את המודול של E, נשתמש בנוסחה הבאה:

V = E.d

כאשר V = 300 V ו- d = 5 מ"מ = 0.005 מ ', נמצא את הערך הבא:

ב) כדי לחשב את ההבדלים הפוטנציאליים של הנקודות המצוינות, נשתמש באותה נוסחה כנ"ל, בהתחשב במרחקים המצוינים, כלומר:

בואו נחשב את ההבדל הפוטנציאלי בין נקודות B ו- C. לשם כך, שים לב ששתי הנקודות הללו נמצאות באותו מרחק מהלוחות, כלומר ד_{לִפנֵי הַסְפִירָה} = 0,004 - 0,004 = 0.

באופן זה, ההפרש הפוטנציאלי יהיה שווה לאפס, כלומר:

ו_{לִפנֵי הַסְפִירָה} = 60 000. 0 = 0

ג) לחישוב העבודה נשתמש בנוסחה הבאה:

אם הפוטנציאל של נקודה C שווה לזה של נקודה B, אז V_ç - וי_ה = V._ב - וי_ה = - V._א.ב. = - 180 V. החלפת ערך זה בנוסחה, יש לנו:

7) UECE - 2014

שקול את השדה החשמלי שנוצר על ידי שני מטענים חשמליים בצורת נקודה, בעלי ערכים שווים וסימנים מנוגדים, מופרדים על ידי מרחק d. לגבי וקטור שדה חשמלי זה בנקודות השוות של המטענים, נכון לציין זאת

א) יש את הכיוון הניצב לקו המצטרף לשני המטענים ואת אותו הכיוון בכל הנקודות הללו.
יש לו כיוון זהה לקו המצטרף לשני העומסים, אך משתנה בכיוון עבור כל נקודה שניתחה.
ג) יש כיוון הניצב לקו המצטרף לשני העומסים, אך משתנה בכיוון עבור כל נקודה שניתחה.
ד) יש כיוון זהה לקו המצטרף לשני המטענים ואותו כיוון בכל הנקודות הללו.

ראה תשובה

בתמונה למטה מיוצגים קווי הכוח כשיש לנו שני מטענים חשמליים עם אותות מנוגדים.

כאשר וקטור השדה החשמלי משיק את קווי הכוח בכל נקודה, אנו מאמתים זאת בנקודות במרחק שווה מהמטענים לווקטור יהיה כיוון זהה לקו המצטרף לשני המטענים וזהה לָחוּשׁ.

חלופה: לד) יש כיוון זהה לקו המצטרף לשני המטענים ואותו כיוון בכל הנקודות הללו.

לתרגילים נוספים ראו גם:

• מטען חשמלי: תרגילים
• אלקטרוסטטיקה: תרגילים
• חוק קולומב: תרגילים
• איגוד הנגד - תרגילים