Sprawdzian Fizyka Elektrostatyka Nowa Era Gr B

Elektrostatyka, jak sama nazwa wskazuje, zajmuje się ładunkami elektrycznymi, które są w spoczynku. Nie mówimy tu o elektronach przepływających przez obwód, tworząc prąd, ale o siłach i polach wywołanych przez nagromadzone ładunki. To fundament wielu technologii, od drukarek laserowych po ekrany dotykowe w naszych smartfonach. Zrozumienie elektrostatyki pozwala nam przewidywać i kontrolować zachowanie naładowanych obiektów i pól elektrycznych.

Wykorzystujemy elektrostatykę na co dzień. Przykładem jest malowanie proszkowe, gdzie naładowany proszek przylega do uziemionego metalu, zapewniając równomierne pokrycie. Inny przykład to kserokopiarki, gdzie ładunki elektrostatyczne pomagają przenieść toner na papier.

Rozwiązywanie zadań z elektrostatyki - krok po kroku

Rozwiązywanie zadań z elektrostatyki często sprowadza się do zrozumienia kilku kluczowych koncepcji i umiejętności stosowania odpowiednich wzorów. Oto przewodnik, który pomoże Ci uporać się z typowymi problemami. Skupimy się na zagadnieniach, które często pojawiają się w sprawdzianach, szczególnie tych opartych na programie Nowej Ery, grupa B.

1. Prawo Coulomba

Prawo Coulomba opisuje siłę elektrostatyczną między dwoma ładunkami punktowymi. Brzmi ono następująco:

F = k * |q1 * q2| / r²

F - siła elektrostatyczna
k - stała elektrostatyczna (około 8.99 x 10⁹ N m²/C²)
q1 i q2 - wartości ładunków
r - odległość między ładunkami

Przykład: Dwa ładunki, q1 = +2 µC i q2 = -3 µC, znajdują się w odległości 10 cm od siebie. Oblicz siłę, z jaką na siebie oddziałują.

Krok 1: Zamień jednostki na podstawowe (µC na C, cm na m): q1 = 2 x 10^-6 C, q2 = -3 x 10^-6 C, r = 0.1 m
Krok 2: Podstaw wartości do wzoru: F = (8.99 x 10⁹ N m²/C²) * |(2 x 10^-6 C) * (-3 x 10^-6 C)| / (0.1 m)²
Krok 3: Oblicz: F ≈ 5.4 N. Znak ujemny ładunku q2 oznacza, że siła jest przyciągająca.

2. Pole elektryczne

Pole elektryczne to przestrzeń wokół ładunku elektrycznego, w której na inne ładunki działają siły elektrostatyczne. Natężenie pola elektrycznego E definiuje się jako siłę F działającą na ładunek próbny q umieszczony w tym polu:

E = F / q

Pole elektryczne wokół ładunku punktowego:

E = k * |q| / r²

Przykład: Jaki jest natężenie pola elektrycznego w odległości 5 cm od ładunku q = +5 nC?

Krok 1: Zamień jednostki: q = 5 x 10^-9 C, r = 0.05 m
Krok 2: Podstaw wartości do wzoru: E = (8.99 x 10⁹ N m²/C²) * (5 x 10^-9 C) / (0.05 m)²
Krok 3: Oblicz: E ≈ 18000 N/C. Kierunek pola jest od ładunku, ponieważ ładunek jest dodatni.

3. Potencjał elektryczny

Potencjał elektryczny to energia potencjalna elektrostatyczna przypadająca na jednostkowy ładunek. Oznacza to, jak "łatwo" jest przenieść ładunek z danego punktu do punktu odniesienia (często nieskończoności). Potencjał elektryczny V wokół ładunku punktowego:

V = k * q / r

Przykład: Oblicz potencjał elektryczny w odległości 2 cm od ładunku q = -10 nC.

Krok 1: Zamień jednostki: q = -10 x 10^-9 C, r = 0.02 m
Krok 2: Podstaw wartości do wzoru: V = (8.99 x 10⁹ N m²/C²) * (-10 x 10^-9 C) / (0.02 m)
Krok 3: Oblicz: V ≈ -4500 V.

4. Energia potencjalna elektrostatyczna

Energia potencjalna elektrostatyczna układu dwóch ładunków:

Ep = k * q1 * q2 / r

Przykład: Oblicz energię potencjalną elektrostatyczną układu dwóch ładunków: q1 = +4 µC i q2 = -2 µC, oddalonych o 5 cm.

Krok 1: Zamień jednostki: q1 = 4 x 10^-6 C, q2 = -2 x 10^-6 C, r = 0.05 m
Krok 2: Podstaw wartości do wzoru: Ep = (8.99 x 10⁹ N m²/C²) * (4 x 10^-6 C) * (-2 x 10^-6 C) / (0.05 m)
Krok 3: Oblicz: Ep ≈ -1.44 J.

Wskazówki na sprawdzian

Zawsze sprawdź jednostki i zamień je na podstawowe (C, m, V, N).
Rysuj schematy, żeby lepiej wizualizować problem.
Pamiętaj o wektorowym charakterze siły i pola elektrycznego (kierunek i zwrot!).
Zwróć uwagę na znaki ładunków (+/-), bo to wpływa na kierunek siły i potencjał.
Jeżeli zadanie dotyczy układu wielu ładunków, oblicz siły/pola/potencjały dla każdej pary ładunków, a następnie zsumuj wektorowo/algebraicznie.
Przeanalizuj typy zadań z poprzednich lat i zapoznaj się z rozwiązaniami podręcznikowymi Nowej Ery (grupa B).

Pamiętaj, że praktyka czyni mistrza! Im więcej zadań rozwiążesz, tym lepiej zrozumiesz elektrostatykę i poradzisz sobie na sprawdzianie.