แรงไฟฟ้า: มันคืออะไร, กฎของคูลอมบ์, แบบฝึกหัด

เธ แรงไฟฟ้า คือ แรงที่เกิดขึ้นเมื่อประจุไฟฟ้าสองประจุทำปฏิกิริยากับสนามไฟฟ้าของกันและกัน เราคำนวณความเข้มของมันโดยใช้ กฎของคูลอมบ์.

ทิศทางเป็นไปตามเส้นจินตภาพที่เชื่อมประจุ และทิศทางจะแปรผันตามสัญญาณของประจุไฟฟ้า ดังนั้นเมื่อ \(q\geq0\), ทิศทางระหว่างกองกำลังเป็นที่น่าสนใจ. แต่เมื่อ \(q<0\), ทิศทางระหว่างกองกำลังเป็นสิ่งที่น่ารังเกียจ.

กฎของคูลอมบ์ นอกจากจะใช้ในการคำนวณแรงแล้ว ยังเชื่อมต่อแรงไฟฟ้าสถิตนี้กับระยะห่างกำลังสองระหว่างประจุกับสิ่งแวดล้อมที่ประจุเหล่านี้ถูกแทรกเข้าไป การทำงานของแรงไฟฟ้าสามารถหาได้จากปริมาณพลังงานที่ ค่าไฟฟ้า ต้องเดินทางจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยไม่คำนึงถึงเส้นทางที่เลือก

อ่านด้วย: การเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าทำงานอย่างไร?

สรุปกำลังไฟฟ้า

• แรงไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้า

• ทิศทางของแรงไฟฟ้าจะเหมือนกับเส้นจินตภาพที่ต่อประจุไฟฟ้า น่าสนใจหรือน่ารังเกียจขึ้นอยู่กับสัญญาณของประจุและความเข้มของมันคำนวณโดยกฎของ คูลอมบ์

• กฎของคูลอมบ์เชื่อมโยงขนาดของแรงไฟฟ้ากับระยะห่างระหว่างประจุไฟฟ้าสองประจุ

• ประจุไฟฟ้าของเครื่องหมายคล้ายจะดึงดูดกัน ค่าใช้จ่ายที่มีเครื่องหมายตรงข้ามกัน

• งานสามารถคำนวณได้โดย "ความพยายาม" ที่ประจุไฟฟ้าทำให้เคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

อะไรคือต้นกำเนิดของแรงไฟฟ้า?

แรงไฟฟ้าสถิตที่เรียกกันทั่วไปว่าแรงไฟฟ้า เป็นส่วนหนึ่งของสี่ ปฏิสัมพันธ์พื้นฐานของจักรวาลร่วมกับนิวเคลียร์แบบแรง นิวเคลียร์แบบอ่อน และแรงโน้มถ่วง จะปรากฏขึ้นทุกครั้งที่มีสนามไฟฟ้าที่มีประจุไฟฟ้าอยู่ภายใน

ทิศทางของแรงไฟฟ้ามีดังนี้:

• ทิศทาง: ขนานกับเส้นจินตภาพต่อประจุไฟฟ้า

• ความรู้สึก: น่าสนใจหากค่าใช้จ่ายมีเครื่องหมายเหมือนกันหรือน่ารังเกียจหากค่าใช้จ่ายมีสัญญาณตรงกันข้าม

• ความเข้ม: คำนวณโดยกฎของคูลอมบ์

กฎของคูลอมบ์

กฎของคูลอมบ์เป็นหลักการทางกายภาพที่รับผิดชอบต่อความสัมพันธ์ระหว่างแรงไฟฟ้าสถิตกับระยะห่างระหว่างประจุไฟฟ้าสองประจุที่แช่อยู่ในตัวกลางเดียวกัน มันถูกพัฒนาโดย ชาร์ล-ออกุสติน เดอ คูลอมบ์ (ค.ศ. 1736‒1806) ในปี ค.ศ. 1785

มีอา ความสัมพันธ์ตามสัดส่วนระหว่างแรงกับโหลดแต่แรงนั้นแปรผกผันกับกำลังสองของระยะทาง นั่นคือ ถ้าเราเพิ่มระยะทางเป็นสองเท่า แรงจะลดลง \(\frac{1}{4}\) ของมูลค่าเดิม

\(\vec{F}\propto\left| Q_1\right|\ e\left| Q_2\right|\)

\(\vec{F}\propto\frac{1}{d^2}\)

เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญถึงความสำคัญที่สัญญาณของประจุไฟฟ้ามีต่อการกำหนดทิศทางของแรงที่กระทำ ระหว่างกัน มีลักษณะน่าดึงดูดสำหรับข้อกล่าวหาที่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม และน่ารังเกียจเมื่อข้อกล่าวหามีสัญญาณตรงกันข้าม เท่ากับ

แรงดึงดูดและแรงผลักเป็นผลมาจากกฎของคูลอมบ์

สูตรกฎของคูลอมบ์แสดงโดย:

\(\vec{F}=k\frac{\left| Q_1\right|\ \bullet\left| Q_2\right|}{d^2}\)

• \(\vec{F}\) คือ แรงกระทำระหว่างอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า วัดเป็นนิวตัน [N]

• \(\left| Q_1\right|\) และ \(\left| Q_2\right|\) เป็นโมดูลประจุของอนุภาคซึ่งวัดเป็นคูลอมบ์ \([ค]\).

• d คือระยะห่างระหว่างประจุซึ่งมีหน่วยเป็นเมตร [m]

• k คือค่าคงที่ไฟฟ้าสถิตของตัวกลาง วัดเป็น \({\left (N\bullet m\right)^2/C}^2\).

การสังเกต: ค่าคงที่ไฟฟ้าสถิตจะเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพแวดล้อมที่มีประจุอยู่

→ บทเรียนวิดีโอเกี่ยวกับกฎของคูลอมบ์

งานไฟฟ้า

งานคือการใช้แรงสำหรับการกระจัด และไม่เกี่ยวข้องว่าเส้นทางใดถูกนำไปใช้ ตราบใดที่พวกเขาเริ่มจากจุดเดียวกันไปยังที่เดียวกัน

ในเรื่องนี้ งานไฟฟ้าขึ้นอยู่กับแรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้า เพื่อข้ามระยะทางจากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 ดังแสดงในภาพ

เราคำนวณงานโดยใช้สูตร:

\(W=\vec{F}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)

• W คืองานวัดเป็นจูล \([J]\).

• d คือ ระยะการเคลื่อนตัว วัดเป็นเมตร \([ม]\).

• θ คือมุมระหว่าง \(\vec{F}e\ d,\), วัดเป็นองศา

อ่านด้วย: ไฟฟ้าสถิต — พื้นที่ของฟิสิกส์ที่มีไว้สำหรับการศึกษาประจุที่เหลือ

แรงไฟฟ้าและสนามไฟฟ้า

เธ สนามไฟฟ้า เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงกับประจุไฟฟ้าหรือพื้นผิวที่ถูกประจุไฟฟ้า ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่แท้จริงของประจุ เธ แรงไฟฟ้าเกิดขึ้นเมื่อมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าอย่างน้อย 2 ประจุ ดังรูป

เกี่ยวกับการวางแนวของสนามไฟฟ้าเทียบกับแรงไฟฟ้า:

• ทิศทาง: เช่นเดียวกับแรงไฟฟ้า นั่นคือ ขนานกับเส้นเชื่อมประจุไฟฟ้า

• ความรู้สึก: แรงเท่ากันถ้า \(q\geq0\)แต่ตรงกันข้ามกับแรง if \(q<0\).

• ความเข้ม: คำนวณโดยสูตรสนามไฟฟ้าหรือตามสูตรที่เกี่ยวข้องกับแรงไฟฟ้าและสนามไฟฟ้า ดังรายละเอียดด้านล่าง

\(\vec{F}=\left|q\right|\bullet\vec{E}\)

• q คือประจุไฟฟ้าที่วัดเป็นคูลอมบ์ \([ค]\).

• \(\vec{E}\) คือสนามไฟฟ้า วัดเป็น \([ไม่มี]\).

→ วีดีโอบทเรียนเรื่องสนามไฟฟ้า

แบบฝึกหัดแก้ด้วยแรงไฟฟ้า

คำถามที่ 1

(Mack-SP) จุดประจุไฟฟ้าด้วย \(q=4.0\ \mu C\)ซึ่งวางอยู่ที่จุด P ในสุญญากาศ อยู่ภายใต้แรงไฟฟ้าขนาด \(1.2\ ไม่\). สนามไฟฟ้า ณ จุดนั้น P มีขนาด:

ก) \(3.0\bullet{10}^5\ N/C\)

ข) \(2.4\bullet{10}^5\ N/C\)

ค) \(1,2\bullet{10}^5\ N/C\)

ง) \(4.0\bullet{10}^{-6}\ N/C\)

และ) \(4.8\bullet{10}^{-6}\ N/C\)

ปณิธาน:

ทางเลือก A

ในคำสั่งระบุค่าของแรงและฟิลด์ถูกร้องขอ เราสามารถใช้แบบฟอร์มที่เกี่ยวข้องกับทั้งสองอย่าง:

\(\vec{F}=\left|q\right|\bullet\vec{E}\)

\(1,2=\left|4,0\ \mu\right|\bullet\vec{E}\)

จำได้ว่า \(\mu={10}^{-6}\), เรามี:

\(1,2=4,0\bullet{10}^{-6}\bullet\vec{E}\)

\(\frac{1,2}{4,0\bullet{10}^{-6}}=\vec{E}\)

\(0.3\bullet{10}^6=\vec{E}\)

\(3\bullet{10}^{-1}\bullet{10}^6=\vec{E}\)

\(3\bullet{10}^{-1+6}=\vec{E}\)

\(3\bullet{10}^5N/C=\vec{E}\)

คำถาม2

มีประจุไฟฟ้าของ \(2.4\bullet{10}^{-4}\ C\) ในสนามไฟฟ้าของ \(6\bullet{10}^4\N/C\) ซึ่งเคลื่อนที่ขนานกับแกนสนาม 50 ซม. ภาระทำงานอะไร?

ก)\(W=-7.2\ เจ\)

ข)\(W=14.4\bullet{10}^{-2}\ J\)

ค)\(W=7.2\bullet{10}^{-2}\ J\)

ง)\(W=14.4\ เจ\)

และ) \(W=7.2\ เจ\)

ปณิธาน:

ทางเลือก E

โดยใช้สูตรที่เกี่ยวข้องกับงานและแรงไฟฟ้า:

\(W=\vec{F}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)

เนื่องจากไม่ได้ให้แรงไฟฟ้า เราจึงสามารถคำนวณโดยใช้สนามไฟฟ้าและประจุได้ โปรดจำไว้ว่าเนื่องจากประจุเป็นบวก แรงและสนามจึงอยู่ในทิศทางเดียวกัน ดังนั้นมุมระหว่างแรงกับระยะกระจัดกระจายคือ 0°:

\(W=\left|q\right|\bullet\vec{E}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)

\(W=\left|2,4\bullet{10}^{-4}\right|\bullet\left (6\bullet{10}^4\right)\bullet0,5\bullet\cos0°\)

\(W=14.4\bullet{10}^{-4+4}\bullet0.5\bullet1\)

\(W=14.4\bullet0.5\)

\(W=7.2\ เจ\)

โดย Pâmella Raphaella Melo
ครูฟิสิกส์