Ładunek elektryczny jest właściwością cząstek, która przyciąga lub nie przyciąga innych. Na przykład elektrony przyciągają protony, podczas gdy neutrony nie są ani przyciągane, ani odpychane przez elektrony.
Ciało będzie neutralne, gdy będzie miało taką samą ilość elektronów i protonów. Gdy ma większą liczbę elektronów niż protonów, jest naelektryzowany ujemnie. Z drugiej strony, gdy liczba elektronów jest mniejsza niż liczba protonów, zostanie naelektryzowana dodatnio.
Skorzystaj z rozwiązanych i skomentowanych pytań, aby rozwiać swoje wątpliwości na ten temat elektrostatyki.
Rozwiązane problemy
1) UFRGS - 2018
Ujemny ładunek Q jest przybliżony do izolowanej, elektrycznie obojętnej przewodzącej kuli. Kula jest następnie uziemiona przewodem ołowianym. Sprawdź alternatywę, która poprawnie wypełnia puste pola w poniższym oświadczeniu, w kolejności, w jakiej się pojawiają. Jeśli ładunek Q zostanie odsunięty daleko, gdy piłka jest uziemiona, a następnie ziemia jest nieuziemiona, piłka stanie się ________. Z drugiej strony, jeśli najpierw usuniemy ziemię, a następnie ładunek Q, kula będzie ________ .
a) elektrycznie obojętny - naładowany dodatnio
b) elektrycznie obojętny - naładowany ujemnie
c) naładowany dodatnio - elektrycznie obojętny
d) naładowany dodatnio - naładowany ujemnie
e) naładowany ujemnie - naładowany dodatnio
Kiedy ładunek ujemny zbliża się do neutralnej kuli przewodzącej, siła odpychania powoduje gromadzenie się elektronów w obszarze kuli najbardziej oddalonym od ładunku.
W ten sposób w regionie najbliższym kuli brakuje elektronów. W pierwszej sytuacji uziemienie kuli podczas zdejmowania obciążenia powoduje powrót obciążenia kuli do pozycji neutralnej.
W drugiej sytuacji, gdy ładunek jest odsuwany po usunięciu gruntu, powoduje to nadmierne obciążenia. negatywy nagromadzone na jednym końcu kuli są spuszczane na ziemię, dzięki czemu kula ma pozytywny wpływ załadowany.
Alternatywnie: a) elektrycznie obojętny - naładowany dodatnio
Przedmiot metalowy X, izolowany elektrycznie, ma ładunek ujemny 5,0 x 10-12 DO. Drugi metalowy przedmiot, Y, neutralny, utrzymywany w kontakcie z Ziemią, zbliża się do pierwszego i jest między nimi iskra, bez ich dotykania. Czas trwania iskry wynosi 0,5 s, a jej natężenie 10-11 TEN. Pod koniec tego procesu łączne ładunki elektryczne obiektów X i Y wynoszą odpowiednio
a) zero i zero.
b) zero i – 5,0 x 10-12 DO.
c) - 2,5 x 10-12 C i - 2,5 x 10-12 DO.
d) - 2,5 x 10-12 C i + 2,5 x 10-12 DO.
e) + 5,0 x 10-12 C i zero
Ilość przewożonego ładunku w przedstawionej sytuacji można obliczyć za pomocą następującego wzoru:
Zastępując wskazane wartości mamy:
W ten sposób obiekt y otrzymał ładunek 5,10-12 C, ale ponieważ jest uziemiony, ten nadmiar ładunku odpłynie, a całkowity ładunek obiektu będzie równy zero.
Nadmiar ładunków ujemnych, które znajdowały się na obiekcie x, został całkowicie przeniesiony na obiekt y, jak obliczyliśmy. Dlatego całkowita opłata również będzie równa zeru.
Alternatywa: a) zero i zero
Dwa identyczne metalowe pręty są naładowane ładunkiem 9,0 µC. Są one umieszczone w kontakcie z trzecim kijem, również identycznym z pozostałymi dwoma, ale którego ładunek netto wynosi zero. Po nawiązaniu kontaktu między nimi trzy patyki rozsuwają się. Jaki jest ładunek netto, w µC, trzeciego pręta?
a) 3,0
b) 4,5
c) 6,0
d) 9,0
e) 18
W elektryfikacji kontaktowej, gdy korpusy są identyczne, ładunek zostanie równo podzielony między korpusy.
Zatem ładunek 18 µC (9 + 9) zostanie podzielony przez 3, więc każdy pręt po zetknięciu będzie miał ładunek netto 6 µC (18:3).
Alternatywnie: c) 6,0
Na zajęciach z fizyki wykorzystano dwie identyczne metalowe kule, X i Y: X jest zawieszony na a drut izolacyjny w formie wahadła i Y zamocowany na wsporniku izolacyjnym, jak pokazano na rysunku poniżej. Kule są początkowo oddalone od siebie, przy czym X jest naładowany dodatnio, a Y elektrycznie obojętne.
Rozważ poniższy opis dwóch prostych procedur, aby zademonstrować możliwe procesy elektryfikacji a następnie zaznacz alternatywę, która poprawnie wypełnia puste pola w oświadczeniach, w kolejności, w jakiej zjawić się.
I - Kula Y jest zbliżona do X, bez ich stykania się. W tym przypadku sprawdza się eksperymentalnie, że sfera X jest _____________ przez sferę Y.
II - Kula Y jest zbliżona do X, bez ich stykania się. Podczas trzymania w tej pozycji, połączenie kuli Y z ziemią odbywa się za pomocą drutu ołowianego. Wciąż w tej pozycji blisko X Y zrywa kontakt z ziemią, a następnie Y ponownie oddala się od X. W tym przypadku sfera Y staje się _____________ .
a) przyciągany - elektrycznie obojętny
b) przyciągany - naładowany dodatnio
c) przyciągany - naładowany ujemnie
d) odpychany - naładowany dodatnio
e) odpychany - naładowany ujemnie
W procedurze I, zbliżając się do kuli Y do kuli X, która jest naładowana dodatnio, elektrony będą przyciągane do obszaru najbliższego X. W ten sposób sfera X jest przyciągana do sfery Y.
W drugim procesie, łącząc sferę Y przewodem przewodzącym, obszar, który pozostał bez elektronów, otrzyma ładunki ujemne. Po zerwaniu tego połączenia sfera Y zostanie naładowana ujemnie.
Alternatywa: c) przyciągany - naładowany ujemnie
Aby dowiedzieć się więcej, zobacz elektrostatyka i Elektrostatyka: ćwiczenia.
5) Fuvest - 2015
W laboratorium fizyki, aby zbadać właściwości ładunków elektrycznych, przeprowadzono eksperyment, w którym małe naelektryzowane kule są wtryskiwane do górnej części komory, w próżni, gdzie występuje równomierne pole elektryczne w tym samym kierunku i kierunku, co lokalne przyspieszenie powaga. Zaobserwowano, że przy polu elektrycznym o module równym 2 x 103 V/m, jedna z kul o masie 3,2 x 10-15 kg, utrzymywał stałą prędkość wewnątrz komory. Ta sfera ma
a) ta sama liczba elektronów i protonów.
b) 100 więcej elektronów niż protonów.
c) 100 elektronów mniej niż protony.
d) 2000 więcej elektronów niż protonów.
e) 2000 elektronów mniej niż protony.
Zanotuj i przyjmij: ładunek elektronu = - 1,6 x 10-19 DO; ładunek protonowy = + 1,6 x 10+19 DO; lokalne przyspieszenie ziemskie = 10 m/s2
Ponieważ ładunek pozostawał wewnątrz komory ze stałą prędkością, oznacza to, że siła wypadkowa jest równa zeru.
Ponieważ siła ciężaru i siła elektryczna są siłami działającymi na ładunek, muszą mieć tę samą intensywność i przeciwne kierunki, aby siła wypadkowa była równa zeru.
Siła elektryczna jest obliczana ze wzoru Felektryczny = q. E jest ciężarem siły podaną przez P = m.g, więc mamy:
Ponieważ ładunek jest określony wzorem q = n.e, mamy:
Aby siła elektryczna miała kierunek przeciwny do siły ciężaru, konieczne będzie, aby ładunek był ujemny, w ten sposób siła będzie miała kierunek przeciwny do pola elektrycznego. Więc będziemy mieli nadmiar elektronów.
Alternatywa: b) 100 elektronów więcej niż protonów.
Aby dowiedzieć się więcej, zobacz także Pole elektryczne i Ćwiczenia z polem elektrycznym.
6) UFLA - 2010
Dwie równe rozładowane kule przewodzące 1 i 2 stykają się ze sobą i są podparte na powierzchni izolacyjnej. Do jednego z nich zbliża się pozytywnie naelektryzowaną pałkę, nie dotykając jej, jak pokazano na poniższym rysunku. Następnie kulki są usuwane, a naelektryzowany pręt jest usuwany.
Słuszne jest stwierdzenie, że
a) kule pozostają rozładowane, ponieważ nie ma przenoszenia ładunków między kijem a kulami.
b) sfera 1, najbliższa pałce, zostaje naładowana dodatnio, a sfera 2 ujemnie.
c) kule są naelektryzowane równymi ładunkami i przeciwstawnymi znakami.
d) kule są naładowane ładunkami o znaku równości i obie ze znakiem ujemnym, ponieważ pręt przyciąga ładunki przeciwne.
Dodatnie ładunki na pręcie przyciągną ładunki ujemne do kuli 1, a kula 2 będzie pozbawiona elektronów.
Po rozdzieleniu dwóch sfer, utrzymując drążek w tej samej pozycji, sfera 1 zostanie naładowana ujemnie, a sfera 2 będzie naładowana dodatnio.
Alternatywnie: c) kule są naelektryzowane równymi ładunkami i przeciwstawnymi znakami.