Sprawdzian Fizyka Elektrostatyka Klasa 8 Wsip

Elektrostatyka to dział fizyki zajmujący się właściwościami i zachowaniem ładunków elektrycznych w spoczynku. Innymi słowy, bada siły, pola i potencjały związane z ładunkami, które się nie poruszają. Zrozumienie elektrostatyki jest kluczowe, ponieważ wyjaśnia wiele zjawisk, które obserwujemy na co dzień – od przyciągania przez naelektryzowany balonik małych kawałków papieru, po działanie drukarek laserowych.

Zastosowania elektrostatyki są wszechobecne:

• Drukarki laserowe i kserokopiarki: Wykorzystują elektrostatyczne przyciąganie tonera do naładowanego bębna.
• Malowanie elektrostatyczne: Farba naładowana elektrycznie jest przyciągana do uziemionego metalowego przedmiotu, zapewniając równomierne pokrycie.
• Filtry elektrostatyczne: Oczyszczają powietrze z cząsteczek kurzu i dymu, wykorzystując naładowane elektrody.
• Zabezpieczenia przed wyładowaniami elektrostatycznymi (ESD): Chronią wrażliwą elektronikę przed uszkodzeniami spowodowanymi nagłym przepływem ładunku.

Przejdźmy teraz do rozwiązywania typowych problemów z elektrostatyki, które mogą pojawić się na sprawdzianie dla klasy 8 (WSiP).

Rozwiązywanie Zadań z Elektrostatyki – Krok po Kroku

Poniżej znajdziesz kilka przykładów zadań wraz z objaśnieniami, które pomogą Ci przygotować się do sprawdzianu.

Zadanie 1: Siła Elektrostatyczna

Treść: Dwa ładunki punktowe, q1 = +2 μC (mikrokulomba) i q2 = -4 μC, znajdują się w odległości 3 cm od siebie. Oblicz siłę elektrostatyczną działającą między nimi. Określ, czy jest to siła przyciągania, czy odpychania. (Stała elektrostatyczna k = 9 × 10^9 N⋅m²/C²)

Rozwiązanie:

• Krok 1: Przypomnij sobie prawo Coulomba: F = k * |q1 * q2| / r², gdzie F to siła, k to stała elektrostatyczna, q1 i q2 to wartości ładunków, a r to odległość między nimi.
• Krok 2: Zamień jednostki na podstawowe: 2 μC = 2 × 10⁻⁶ C, -4 μC = -4 × 10⁻⁶ C, 3 cm = 0.03 m.
• Krok 3: Podstaw wartości do wzoru: F = (9 × 10⁹ N⋅m²/C²) * |(2 × 10⁻⁶ C) * (-4 × 10⁻⁶ C)| / (0.03 m)²
• Krok 4: Oblicz: F = (9 × 10⁹) * (8 × 10⁻¹²) / 0.0009 = 80 N
• Krok 5: Określ rodzaj siły. Ponieważ ładunki mają przeciwne znaki (+ i -), siła jest przyciągająca.

Odpowiedź: Siła elektrostatyczna wynosi 80 N i jest siłą przyciągania.

Zadanie 2: Indukcja Elektrostatyczna

Treść: Metalowa kula jest obojętna elektrycznie. Do kuli zbliżono naładowany dodatnio pręt, nie dotykając jej. Opisz, co się stanie z rozmieszczeniem ładunków w kuli. Co się stanie, jeśli uziemimy kulę podczas obecności pręta?

Rozwiązanie:

• Krok 1: Kiedy dodatnio naładowany pręt zostanie zbliżony do kuli, elektrony w kuli (które mogą się swobodnie poruszać w metalu) zostaną przyciągnięte do pręta. Zatem na stronie kuli bliższej pręta zgromadzi się nadmiar elektronów (ładunek ujemny).
• Krok 2: Z drugiej strony kuli, tam gdzie elektrony zostały "odciągnięte", pojawi się nadmiar ładunku dodatniego (w wyniku niedoboru elektronów). Mówimy o indukcji elektrostatycznej.
• Krok 3: Jeśli uziemimy kulę podczas obecności pręta, elektrony z ziemi zostaną przyciągnięte do kuli, aby zneutralizować ładunek dodatni na odległej stronie.
• Krok 4: Po odłączeniu uziemienia i oddaleniu pręta, kula będzie miała nadmiar elektronów i stanie się naładowana ujemnie.

Odpowiedź: Zbliżenie pręta spowoduje indukcję ładunku. Uziemienie kuli, a następnie oddalenie pręta spowoduje naładowanie kuli ujemnie.

Zadanie 3: Prawo Zachowania Ładunku

Treść: Dwie identyczne metalowe kule, jedna naładowana ładunkiem +6 nC (nanokulomba), a druga obojętna, zostają zetknięte ze sobą, a następnie rozsunięte. Jaki będzie ładunek każdej z kul po rozsunięciu?

Rozwiązanie:

• Krok 1: Prawo zachowania ładunku mówi, że całkowity ładunek w układzie zamkniętym pozostaje stały. Ładunek nie ginie, tylko przemieszcza się.
• Krok 2: Przed zetknięciem: łączny ładunek = +6 nC + 0 nC = +6 nC.
• Krok 3: Podczas zetknięcia, ładunki równomiernie rozłożą się między kule, ponieważ są identyczne.
• Krok 4: Po rozsunięciu: ładunek każdej kuli = (+6 nC) / 2 = +3 nC.

Odpowiedź: Każda kula będzie naładowana ładunkiem +3 nC.

Wskazówki Dodatkowe:

• Zapamiętaj wzory: Prawo Coulomba (siła elektrostatyczna), definicja natężenia pola elektrycznego.
• Jednostki: Zawsze zamieniaj jednostki na podstawowe (metry, kulomby, sekundy).
• Zrozum koncepcje: Indukcja elektrostatyczna, prawo zachowania ładunku, różnica potencjałów.
• Ćwicz zadania: Im więcej zadań rozwiążesz, tym lepiej zrozumiesz materiał.
• Rysuj schematy: Narysuj diagram z ładunkami i siłami, aby lepiej wizualizować problem.

Pamiętaj, regularne powtarzanie materiału i rozwiązywanie zadań to klucz do sukcesu na sprawdzianie z elektrostatyki! Powodzenia!