Elektrostatyka: co to jest, wzory i ćwiczenia

elektrostatyka jest to część obszaru elektryczności, która bada ładunki elektryczne bez ruchu, czyli w stanie spoczynku.

Osłona elektrostatyczna

Ekranowanie elektrostatyczne powoduje zerowanie pola elektrycznego. Dzieje się tak z powodu rozmieszczenia nadmiaru ładunków elektrycznych w przewodniku. Podopieczni tego samego znaku mają tendencję do oddalania się, dopóki nie spoczną.

To właśnie udowodnił Michael Faraday z Klatka Faradaya. W tym eksperymencie chemik siedział w klatce, która została poddana wyładowaniu elektrycznemu i zostawił ją tak, aby nic mu się nie stało.

Przeczytaj również o:

• Prawo Faradaya
• stała Faradaya

Siła i energia elektrostatyczna

Siła elektrostatyczna to siła oddziaływania elektrostatycznego między dwoma ładunkami elektrycznymi poprzez przyciąganie i odpychanie.

Jest obliczany przez Prawo Coulomba, co wyraża się wzorem:

Gdzie,

k = stała elektrostatyczna
q1 i q2 = ładunki elektryczne
r = odległość między ładunkami

Na stałą elektrostatyczną, zwaną również stałą Coulomba, wpływa środowisko, w którym spotykają się ładunki elektryczne. W ten sposób stała elektrostatyczna wpływa na wartość siły.

Zwykle w próżni jego wartość wynosi 9,10⁹ Nm² /DO², ale może pojawić się w innych mediach, na przykład:

• Woda 1.1.10⁸ Nm² /DO²
• Benzen 2,3,10⁹ Nm² /DO²
• Olej 3.6.10⁹ Nm² /DO²

Energia elektrostatyczna lub elektryczna energia potencjalna to energia wytwarzana przez nadmiar ładunków elektrycznych podczas tarcia. Mierzy się go następującym wzorem:

Gdzie,

k = stała elektrostatyczna
Q = obciążenie źródła
co = obciążenie próbne lub testowe
re = odległość między ładunkami

Pole elektryczne

Pole elektryczne jest to miejsce koncentracji ładunków elektrycznych, których intensywność mierzy się wzorem:

Gdzie,

I = pole elektryczne
fa = siła elektryczna
co = ładunek elektryczny

Ładunek elektryczny

W ładunki elektryczne są wynikiem przyciągania lub odpychania obciążeń. Podobne ładunki odpychają się, a przeciwne przyciągają.

Są one mierzone w kulombach, a najmniejszym takim ładunkiem występującym w przyrodzie jest ładunek elementarny (e = 1,6 0,10^-19 DO).

Wzór na ładunek elektryczny to:

Q = n.e

Gdzie,

Q = ładunek elektryczny
Nie = liczba elektronów
i = opłata podstawowa

Formuły

Oprócz wyżej wymienionych wzorów elektrostatycznych stosuje się również:

Potencjał elektryczny

Gdzie:

V = potencjał elektryczny
Ep = energia potencjalna
Q = Ładunek elektryczny

Potencjalna różnica

U = v_b -v

Gdzie,

U = potencjalna różnica
v = potencjał elektryczny w a
v_b = potencjał elektryczny w b

Wiedzieć więcej:

• Energia elektryczna
• Procesy elektryfikacji
• Prąd elektryczny
• Elektrostatyka: ćwiczenia

Elektrostatyka a elektrodynamika

Podczas gdy Electrostatics bada ładunki elektryczne bez ruchu, Elektrodynamika bada ruchome obciążenia.

Elektrostatyka i Elektrodynamika są zatem obszarami badań fizyki poświęconymi różnym aspektom Elektryczność.

Oprócz tych obszarów istnieje również Elektromagnetyzm, który bada zdolność elektryczności do przyciągania i tłumienia biegunów.

Ćwiczenia na egzamin wstępny

1. (UDESC-2013) Dwie identyczne kule, A i B, wykonane z materiału przewodzącego, mają ładunki +3e i -5e i są ze sobą połączone. Po osiągnięciu równowagi kula A styka się z inną identyczną kulą C, która ma ładunek elektryczny +3e. Sprawdź alternatywę zawierającą wartość końcowego ładunku elektrycznego kuli A.

a) +2e
b)-1e
c) +1e
d) -2e
e) 0e

Zobacz odpowiedź

c) +1e

Zobacz też: Ładunek elektryczny: ćwiczenia

2. (UFRR-2016) Prostokątna płaszczyzna obszaru A, w układzie międzynarodowym (SI), jest naładowana ładunkiem elektrycznym +Q, równomiernie rozłożonym na całej powierzchni. Jaka będzie gęstość ładunku elektrycznego w tym regionie?

a) Wartość zmienna w kulombach/m jednostek
b) + Q/A kulomb/m²
c) + Q kulomb/m⁴
d) -Q kulomb/m⁵
e) 10 Q kulombów/m

Zobacz odpowiedź

b) +Q/A kulomb/m2

Zobacz też: Prawo Coulomba - ćwiczenia

3. (UEL-2011) Hydrofobowy charakter poliuretanu jest związany z elektrostatyczną siłą odpychania między cząsteczki materiału i cząsteczki wody, zjawisko fizyczne zachodzące między ciałami o ładunku elektrycznym o wartości ten sam znak. Słuszne jest stwierdzenie, że elektrostatyczna siła odpychania

a) ma kierunek przeciwny do siły przyciągania elektrostatycznego między ciałami obojętnymi elektrycznie
b) jest większa między dwoma ciałami o tym samym ładunku elektrycznym +Q niż między dwoma ciałami o tym samym ładunku elektrycznym -Q
c) będzie dwukrotnie większa, jeśli odległość między ładowanymi ciałami zostanie zmniejszona o połowę
d) rośnie wraz z kwadratem odległości między ciałami naładowanymi elektrycznie
e) jest wprost proporcjonalna do ilości ładunku dla ciał naładowanych elektrycznie

Zobacz odpowiedź

e) jest wprost proporcjonalna do ilości ładunku dla ciał naładowanych elektrycznie.

Zobacz też: energia elektryczna