Električno polje predstavlja spremembo v prostoru okoli električnega naboja. Predstavljajo ga daljnovodi, imenovani daljnovodi.
Ta predmet je del elektrostatične vsebine. Torej, izkoristite vaje, ki jih je za vas pripravila Toda Matéria, preizkusite svoje znanje in razjasnite dvome z upoštevanjem omenjenih resolucij.
Težave so rešene in komentirane
1) UFRGS - 2019
Spodnja slika prikazuje v prerezu sistem treh električnih nabojev s pripadajočim nizom ekvipotencialnih površin.
Preverite možnost, ki pravilno izpolni prazna mesta v spodnjem stavku, v vrstnem redu, v katerem se pojavijo. Iz izenačevanja potencialov lahko ugotovimo, da so obremenitve... imeti znake... in da so obremenitveni moduli takšni, da... .
a) 1 in 2 - enako - q1 b) 1 in 3 - enako - q1 c) 1 in 2 - nasprotno - q1 d) 2 in 3 - nasprotno - q1> q2> q3
e) 2 in 3 - enako - q1> q2> q3
Ekvipotencialne površine predstavljajo površine, ki jih tvorijo točke, ki imajo enak električni potencial.
Ob opazovanju risbe smo ugotovili, da med nabojema 1 in 2 obstajajo skupne površine, to se zgodi, ko imajo naboji enak predznak. Zato imata 1 in 2 enake naboje.
Iz risbe opažamo tudi, da je obremenitev 1 tista z najmanjšim modulom obremenitve, saj ima najmanjše število površin, obremenitev 3 pa tista z največjim številom.
Zato moramo q1
Alternativa: a) 1 in 2 - enako - q1
Na sliki so točke I, II, III in IV predstavljene v enotnem električnem polju.
Delci z zanemarljivo maso in pozitivnim nabojem pridobijo največjo možno električno potencialno energijo, če so postavljeni na točko:
tam
b) II
c) III
d) IV
V enakomernem električnem polju ima pozitivni delec večjo električno potencialno energijo, čim bližje je pozitivni plošči.
V tem primeru je točka I, kjer bo obremenitev imela največjo potencialno energijo.
Alternativa: a) I
Elektrofilter je oprema, ki se lahko uporablja za odstranjevanje majhnih delcev v izpušnih plinih iz industrijskih dimnikov. Osnovno načelo delovanja opreme je ionizacija teh delcev, čemur sledi odstranitev z uporabo električnega polja v regiji, kjer prehajajo. Recimo, da ima eden od njih maso m, pridobi naboj vrednosti q in je izpostavljen električnemu polju modula E. Električna sila na ta delec je podana z
a) mqE.
b) mE / qb.
c) q / E.
d) qE.
Intenzivnost električne sile, ki deluje na naboj na območju, kjer je električno polje, je enaka zmnožku naboja na velikost električnega polja, to je F = q. IN.
Alternativa: d) qE
V laboratoriju za fiziko so za preučevanje lastnosti električnih nabojev izvedli eksperiment, v katerem so bile naelektrene majhne krogle se vbrizgajo v zgornji del komore v vakuumu, kjer je enakomerno električno polje v isti smeri in smeri kot lokalni pospešek gravitacija. Ugotovljeno je bilo, da z električnim poljem z modulom 2 x 103 V / m, ena od krogel, masa 3,2 x 10-15 kg, ostal s stalno hitrostjo znotraj komore. Ta krogla ima (upoštevajte: naboj elektronov = - 1,6 x 10-19 Ç; protonski naboj = + 1,6 x 10-19 Ç; lokalni pospešek gravitacije = 10 m / s2)
a) enako število elektronov in protonov.
b) 100 elektronov več kot protonov.
c) 100 elektronov manj kot protoni.
d) 2000 elektronov več kot protonov.
e) 2000 elektronov manj kot protoni.
Glede na informacije o problemu smo ugotovili, da so sile, ki delujejo na kroglo, sila teže in električna sila.
Ker krogla ostane v komori s konstantno hitrostjo, sklepamo, da imata ti dve sili enako velikost in nasprotno smer. Kot na spodnji sliki:
Na ta način lahko izračunamo modul obremenitve tako, da enačimo dve sili, ki delujeta na kroglo, to je:
Zdaj, da poiščemo število odvečnih delcev, uporabimo naslednje razmerje:
q = n.e
biti,
n: število dodatnih elektronov ali protonov
e: osnovni naboj
Zato nadomestimo vrednosti, navedene v težavi, imamo:
Kot smo videli, bo morala imeti električna sila nasprotno smer od sile teže.
Da se to lahko zgodi, mora imeti naboj negativni predznak, saj bosta tako električna sila in električno polje imeli tudi nasprotni smeri.
Zato bo morala imeti krogla večje število elektronov kot protonov.
Alternativa: b) 100 elektronov več kot protonov.
5) Unesp - 2015
Električni modeli se pogosto uporabljajo za razlago prenosa informacij v različnih sistemih v človeškem telesu. Na primer, živčni sistem sestavljajo nevroni (slika 1), celice, razmejene s tanko lipoproteinsko membrano, ki ločuje znotrajcelično okolje od zunajceličnega. Notranji del membrane je negativno nabit, zunanji pa ima pozitiven naboj (slika 2), podobno kot na ploščah kondenzatorja.
Slika 3 predstavlja povečan fragment te membrane, debeline d, ki je pod delovanjem polja enakomerna električna, ki jo na sliki predstavljajo sile, ki so vzporedne in usmerjene na gor. Potencialna razlika med znotrajceličnim in zunajceličnim medijem je V. Glede na osnovni električni naboj kot e bi bil kalijev ion K +, prikazan na sliki 3, pod vplivom tega električnega polja pod vplivom električne sile, katerega modul lahko zapišemo kot
V enakomernem električnem polju je potencialna razlika podana z:
Električno polje E je enako razmerju med električno silo in nabojem, to je:
Če nadomestimo to razmerje v prejšnjem razmerju, imamo:
Ker imamo samo en kalijev ion, bo izraz q = n.e postal q = e. Z nadomestitvijo te vrednosti v prejšnjem izrazu in izolacijo sile najdemo:
Alternativa: d)
Območje med dvema ravnima in vzporednima kovinskima ploščama je prikazano na sliki na strani. Črtkane črte predstavljajo enakomerno električno polje, ki obstaja med ploščami. Razdalja med ploščami je 5 mm, potencialna razlika med njimi pa 300 V. Koordinate točk A, B in C so prikazane na sliki. (Napiši in sprejme: sistem je v vakuumu. Elektronski naboj = -1.6.10-19 Ç)
Določi
a) moduli INTHE, INB in jeÇ električnega polja v točkah A, B in C;
b) potencialne razlike VAB in VPr med točkama A in B ter med točkama B in C;
c) delo ki ga izvaja električna sila na elektron, ki se premika od točke C do točke A.
a) Ker je električno polje med ploščami enakomerno, bo vrednost v točkah A, B in C enaka, tj. ETHE = INB = INÇ = In.
Za izračun modula E uporabimo naslednjo formulo:
V = E.d
Kjer je V = 300 V in d = 5 mm = 0,005 m, bomo našli naslednjo vrednost:
b) Za izračun potencialnih razlik navedenih točk bomo uporabili enako formulo kot zgoraj, ob upoštevanju navedenih razdalj, to je:
Zdaj izračunajmo potencialno razliko med točkama B in C. Pri tem upoštevajte, da sta ti dve točki na enaki razdalji od plošč, to je dPr = 0,004 - 0,004 = 0.
Na ta način bo potencialna razlika enaka nič, to je:
VPr = 60 000. 0 = 0
c) Za izračun dela bomo uporabili naslednjo formulo:
Če je potencial točke C enak potencialu točke B, potem je Vç - VTHE = VB - VTHE = - VAB = - 180 V. Če v formulo nadomestimo to vrednost, imamo:
Razmislite o električnem polju, ki ga ustvarjata dva točkovna električna naboja enakih vrednosti in nasprotnih znakov, ločenih z razdaljo d. O tem vektorju električnega polja na enako oddaljenih točkah nabojev je pravilno trditi
a) ima smer pravokotno na premico, ki povezuje oba naboja, in na vseh teh točkah enako smer.
b) ima isto smer kot črta, ki povezuje obe obremenitvi, vendar se smer za vsako analizirano točko spreminja.
c) ima smer pravokotno na premico, ki povezuje obe obremenitvi, vendar se smer za vsako analizirano točko spreminja.
d) ima enako smer kot črta, ki povezuje oba naboja in enako smer na vseh teh točkah.
Na spodnji sliki so predstavljene silnice, ko imamo dva električna naboja z nasprotnima signaloma.
Ker vektor električnega polja tangira silnice v vsaki točki, to preverimo v točkah enako oddaljen od nabojev bo imel vektor v isti smeri kot črta, ki povezuje dva naboja in enako smisel.
Alternativa: d) ima na vseh teh točkah enako smer kot črta, ki povezuje oba naboja, in isto smer.
Za več vaj glejte tudi:
- Električni naboj: vaje
- Elektrostatika: vaje
- Coulombov zakon: vaje
- Združenje uporov - vaje