Sprawdzian Z Elektroststayki Gimnazjum 2 Klasa

Elektrostatyka to dział fizyki zajmujący się zjawiskami związanymi z nieruchomymi ładunkami elektrycznymi. W gimnazjum (2 klasa) poznaje się podstawy elektrostatyki, które są kluczowe do zrozumienia wielu zjawisk w otaczającym nas świecie, od działania kserokopiarki po błyskawice podczas burzy.

Zastosowania elektrostatyki:

• Kserokopiarki i drukarki laserowe: Wykorzystują elektrostatyczne przyciąganie toneru do naładowanego bębna.
• Oczyszczalnie powietrza: Elektrostatyczne filtry wychwytują zanieczyszczenia z powietrza.
• Malowanie proszkowe: Elementy są naładowane elektrostatycznie, co zapewnia równomierne pokrycie farbą.
• Ochrona przed wyładowaniami atmosferycznymi (błyskawicami): Uziemione instalacje zapewniają bezpieczną drogę dla prądu.

Rozwiązywanie zadań z elektrostatyki – krok po kroku

W gimnazjum najczęściej spotykane zadania dotyczą:

• Ładunku elektrycznego
• Siły elektrostatycznej (prawo Coulomba)
• Elektryzowania ciał

Krok 1: Zrozumienie ładunku elektrycznego

Ładunek elektryczny to podstawowa właściwość materii, która decyduje o oddziaływaniach elektrostatycznych. Mamy dwa rodzaje ładunków: dodatnie (+) i ujemne (-).

• Ładunki jednoimienne (np. + i +, - i -) odpychają się.
• Ładunki różnoimienne (np. + i -) przyciągają się.

Podstawowa jednostka ładunku elektrycznego to kulomb (C).

Przykład: Jeśli dwa ciała mają ładunki tego samego znaku, to będą się odpychać. Im większe ładunki, tym silniejsze odpychanie.

Krok 2: Elektryzowanie ciał

Ciała można naelektryzować na kilka sposobów:

• Przez tarcie: Np. pocieranie balonu o włosy. Elektrony przechodzą z jednego ciała na drugie.
• Przez dotyk: Ciało naładowane dotyka ciała obojętnego, przekazując część swojego ładunku.
• Przez indukcję: Ciało naładowane zbliża się do ciała obojętnego, powodując przesunięcie ładunków wewnątrz tego ciała, bez bezpośredniego kontaktu.

Przykład: Pocieranie plastikowej linijki o wełniany sweter powoduje, że linijka staje się naelektryzowana i może przyciągać małe kawałki papieru. Linijka zabiera elektrony ze swetra, stając się naładowana ujemnie.

Krok 3: Prawo Coulomba

Prawo Coulomba opisuje siłę elektrostatyczną (F) działającą między dwoma ładunkami elektrycznymi (q₁ i q₂) oddalonymi od siebie o odległość r:

F = k * (|q₁ * q₂|) / r²

Gdzie:

• F – siła elektrostatyczna (w niutonach – N)
• q₁ i q₂ – wartości ładunków elektrycznych (w kulombach – C)
• r – odległość między ładunkami (w metrach – m)
• k – stała elektrostatyczna (około 9 * 10⁹ N * m² / C²)

Ważne: Wartość siły jest tym większa, im większe są ładunki i im mniejsza jest odległość między nimi. Siła może być przyciągająca (dla ładunków różnoimiennych) lub odpychająca (dla ładunków jednoimiennych).

Krok 4: Rozwiązywanie przykładów

Przykład 1: Dwa ładunki punktowe, q₁ = +2 * 10^-6 C i q₂ = -3 * 10^-6 C, znajdują się w odległości 0,1 m od siebie. Oblicz siłę elektrostatyczną między nimi.

1. Wypisujemy dane: q₁ = +2 * 10^-6 C, q₂ = -3 * 10^-6 C, r = 0,1 m, k = 9 * 10⁹ N * m² / C²
2. Stosujemy prawo Coulomba: F = k * (|q₁ * q₂|) / r²
3. Podstawiamy wartości: F = (9 * 10⁹ N * m² / C²) * (|2 * 10^-6 C * (-3 * 10^-6 C)|) / (0,1 m)²
4. Obliczamy: F = (9 * 10⁹) * (6 * 10^-12) / 0,01 = 5,4 * 10^-2 / 0,01 = 0,54 N
5. Odpowiedź: Siła elektrostatyczna wynosi 0,54 N. Ponieważ ładunki są różnoimienne, siła jest przyciągająca.

Przykład 2: Dwa identyczne ładunki znajdują się w odległości 0.2 m od siebie i odpychają się siłą 0.1 N. Oblicz wartość każdego ładunku.

1. Wypisujemy dane: r = 0.2 m, F = 0.1 N, k = 9 * 10⁹ N * m² / C², q₁ = q₂ = q
2. Stosujemy prawo Coulomba: F = k * (|q₁ * q₂|) / r² czyli F = k * (q²) / r²
3. Przekształcamy wzór, aby wyznaczyć q: q² = (F * r²) / k
4. Podstawiamy wartości: q² = (0.1 N * (0.2 m)²) / (9 * 10⁹ N * m² / C²)
5. Obliczamy: q² = (0.1 * 0.04) / (9 * 10⁹) = 4 * 10^-3 / (9 * 10⁹) = (4/9) * 10^-12
6. Obliczamy pierwiastek kwadratowy: q = √( (4/9) * 10^-12 ) = (2/3) * 10^-6 C ≈ 0.67 * 10^-6 C
7. Odpowiedź: Wartość każdego ładunku wynosi około 0.67 * 10^-6 C (czyli 0.67 µC).

Podsumowanie

Pamiętaj, aby dokładnie czytać treść zadania, wypisywać dane i jednostki oraz stosować odpowiednie wzory. Zrozumienie podstawowych zasad elektrostatyki i prawa Coulomba pozwoli Ci rozwiązać większość zadań z tego działu fizyki, które pojawią się w 2 klasie gimnazjum. Powodzenia!