POLE ELEKTRYCZNE Elektrostatyka 1. Pewien elektrycznie

POLE ELEKTRYCZNE
Elektrostatyka
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
Pewien elektrycznie obojętny atom ma 25 elektronów. Ile ma protonów, jeśli masa protonu jest
2000 razy większa od masy elektronu?
Elektrony zewnętrzne są w atomie słabiej związane niż wewnętrzne, dlatego stosunkowo łatwo
jest je wyrwać. Łatwiej wyrwać elektron z plastiku niż z włosa. Jak wobec tego elektryzuje się
grzebień a jak włosy?
Spacerując bosymi stopami po dywanie odrywasz z niego elektrony. Jak elektryzują się twoje
stopy?
Ile elektronów przypada na 1 kulomb ładunku? (Tyle elektronów płynie przez żarówkę 100watową w ciągu sekundy!)
Jaka jest wartość siły elektrostatycznej między dwoma ładunkami o wartości 1 kulomba
znajdującymi się w odległości 1 m? Porównaj to z ciężarem okrętu wojennego o masie 9000 ton. Z
jaką siłą przyciągają się dwie masy 1 kg umieszczone w odległości 1m?
Z jaką siłą przyciągają się proton i elektron oddalone na odległość 1Å = 10-10 m?
Proton jest odpychany przez inny ładunek pewną siłą. Ile razy zmniejszy się ta siła, gdy odległość
tych ładunków wzrośnie 3 razy, a ile gdy 5 razy? Jaki znak ma ładunek działający na proton?
Jak zmieni się wartość siły między dwoma ładunkami, gdy ich odległość zmniejszy się do połowy
i do jednej czwartej?
Odległość między dwoma naładowanymi kulami zwiększyła się dwukrotnie. Która z sił:
grawitacyjna czy elektryczna zmniejszyła się w większym stopniu?
Oblicz siłę odpychania się dwóch elektronów w próżni, w powietrzu (εr = 1,00054), w zimnej
wodzie (εr = 80) i w szkle (εr = 5).
Naładowany dodatnio grzebień będzie przyciągał czy odpychał kartkę papieru? Dlaczego?
Naładowana ujemnie pałeczka ebonitowa będzie przyciągała czy odpychała kulkę metalu?
Dlaczego?
Jak zmieni się natężenie pola elektrycznego pochodzącego od ładunku punktowego, gdy odległość
od niego wzrośnie od wartości 1m do 2m?
Jaki jest potencjał na dodatnim biegunie baterii 12-woltowej w porównaniu z potencjałem na
biegunie ujemnym? Ile energii dostarcza każdy kulomb ładunku płynącego między tymi
biegunami?
Czy różnica potencjałów między dwoma punktami wystarczy, aby popłynął prąd?
Ładunek próbny znajduje się w pobliżu naładowanej kuli. Jak zmieni się jego energia potencjalna
względem kuli, gdy zwiększymy go dwukrotnie? Jak zmieni się jego potencjał?
Co oznacza, że akumulator samochodowy ma 12 woltów?
Jakie napięcie ustali się między okładkami kondensatora płaskiego, jeśli podłączymy go do baterii
12-woltowej?
Jaki będzie znak ładunku na okładce kondensatora podłączonego do ujemnego bieguna baterii?
Jaka będzie wartość tego ładunku w porównaniu do wartości ładunku zgromadzonego na drugiej
okładce?
Od czego zależy wielkość ładunku zgromadzonego na okładkach kondensatora? Kiedy rośnie a
kiedy maleje?
Jaki jest całkowity ładunek na naładowanym kondensatorze?
W tym samym miejscu pola elektrycznego umieszczamy jednocześnie elektron i proton. Porównaj
działające na nie siły oraz wywołane przez nie przyspieszenia i kierunki ruchu.
Do przesunięcia ładunku 1 kulomba w polu elektrycznym potrzebna była praca 10 J. O ile zmienił
się potencjał elektryczny ładunku?
W pewnym punkcie pola elektrycznego ładunek 1 C ma energię potencjalną 0,5 J. Jaki jest jego
potencjał w tym punkcie?
Gdy odległość dwóch ładunków punktowych wynosi 6 cm, to siła przyciągania między nimi jest
równa 12 N. Oblicz siłę działającą na te ładunki, gdy zostaną rozsunięte na odległość 12 cm.
Dwie kulki mające ładunki o wartości 1 mikrokulomba znajdują się w odległości 3 cm. Oblicz siłę
działającą między nimi. Jaka powinna być masa ciała, by jej ciężar był równy tej sile elektrycznej?
Napięcie między chmurą burzową a ziemią wynosi 100 milionów woltów. Ile wynosi zmiana
energii potencjalnej ładunku 2 C, przeniesionego podczas wyładowania?
W metalowej czaszy generatora Van de Graaffa zgromadzona jest energia 0,1 J. Do jej
rozładowania wystarcza iskra przenosząca ładunek 1 mikrokulomba. Jaki jest jej potencjał
względem ziemi?
Oblicz zmianę potencjału elektrycznego, jeśli:
a) przy przeniesieniu ładunku 0,0001 C wykonano pracę 12 J,
b) przy przeniesieniu ładunku 0,0002 C wykonano pracę 24 J.
Jakie musi być natężenie pola elektrycznego, aby siła elektryczna zrównoważyła ciężar kuleczki o
masie 1 g i ładunku 1 mikrokulomba?
31. Jakie musi być natężenie pola elektrycznego, aby siła elektryczna zrównoważyła ciężar elektronu?
Ile razy trzeba je zwiększyć, jeśli zamiast elektronu weźmiemy proton? A neutron (masa neutronu
jest równa 1,0014 masy protonu)?
32. Jaką masę musi mieć kuleczka o ładunku 1 nanokulomba, aby jej ciężar zrównoważył siłę
elektryczną pochodzącą od pola o natężeniu 109 N/C?
33. Jaki jest ładunek (ujemny) kropelki oleju, która wisi w powietrzu (w polu grawitacyjnym i
elektrycznym), jeśli jej masa wynosi 10-14 kg a natężenie pola elektrycznego jest równe 105 N/C.
Ile dodatkowych elektronów zawiera kropelka?
Prąd elektryczny
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Ile elektronów przepływa w ciągu każdej sekundy przez przekrój poprzeczny przewodnika z
prądem o natężeniu 5 A? Jakie będzie natężenie prądu, jeśli w ciągu każdej sekundy przepłynie
dwa razy więcej elektronów?
Jaki jest całkowity ładunek drutu, przez który płynie prąd? Czy taki drut jest naelektryzowany?
Jaką energię niesie każdy kulomb ładunku przepływającego przez obwód akumulatora
samochodowego o napięciu 12 V?
Które druty mają większy opór elektryczny:
a) długie czy krótkie?
b) grube czy cienkie?
c) o wyższej czy niższej temperaturze?
Ile razy wzrośnie natężenie prądu, gdy napięcie zwiększymy dwukrotnie?
Jak zmieni się natężenie prądu, gdy zwiększymy trzykrotnie opór obwodu?
Żelazko ma opór ok. 15 Ω. Jakie będzie maksymalne chwilowe natężenie prądu po podłączeniu go
do sieci?
Żarówka samochodowa o oporze 60 Ω znajduje się pod napięciem 12 V. Jaki prąd płynie przez tę
żarówkę?
Jaki jest opór patelni elektrycznej, jeśli pod napięciem 220 V płynie przez nią prąd o natężeniu 6
A?
Co jest przyczyną porażenia: prąd elektryczny czy jego napięcie?
Jaki prąd popłynie przez skórę człowieka trafionego przez piorun o napięciu 100 kV w dwóch
przypadkach:
a) gdy burzy nie towarzyszył deszcz (opór suchej skóry wynosi 500 kΩ),
b) człowiek właśnie wyszedł z morza (opór skóry mokrej od słonej wody wynosi 100 Ω).
Zwierając baterię 4,5 V przez dotknięcie jej biegunów suchymi dłońmi, tworzymy obwód o oporze
100 kΩ. Jaki prąd popłynie przez dłoń?
Jakie jest napięcie w pastuchu elektrycznym, skoro dotknięcie dłonią powoduje uczucie bólu, a
człowiek zaczyna odczuwać ból przy natężeniu prądu 0,005 A?
Jaki prąd przepłynie przez organizm podłączony do napięcia 24 V, jeśli przepływa przez mokre
dłonie o oporze 10000 Ω? Czy spowoduje on uczucie bólu?
Jeśli dotkniesz suchą ręką przewodu znajdującego się pod napięciem sieciowym, jaki prąd
przepłynie przez twoje ciało? Jaki efekt spowoduje?
Natężenie prądu [A]
0,001
0,005
0,010
0,015
0,070
Efekt
Ledwo odczuwalny
Bolesny
Niepożądane skurcze mięśni, spazmy
Utrata kontroli nad mięśniami
Jeśli prąd przepływa przez serce – poważne uszkodzenie;
jeśli przepływ trwa dłużej niż 1 s, skutek może być śmiertelny
16. Człowiek spadając z mostu chwycił się linii wysokiego napięcia. Czy w wyniku tego dozna
porażenia? Dlaczego?
17. Ptaki często siadają na liniach wysokiego napięcia i nie doznają szkodliwego działania. Co by
było, gdyby jedną nóżkę postawiły na drugim drucie o innym potencjale?
18. Napięcie w sieci wynosi 220 V. Wiemy, że w sieci płynie prąd przemienny, o czym wobec tego
informuje nas wartość 220 V i w jakich granicach zmienia się wartość napięcia chwilowego w
gniazdku?
19. Jaki kierunek ma pole elektryczne wewnątrz przewodnika?
20. Dlaczego pod wpływem przepływu prądu przewodnik się ogrzewa?
21. Jaki prąd popłynie przez żarówkę o mocy 100 W podłączoną do gniazdka?
22. Jedna kilowatogodzina to energia zużyta w ciągu godziny przez odbiornik o mocy 1 kW. Ile to
dżuli? Ile będzie kosztowała energia zużyta przez 100-watową żarówkę świecącą przez 10 godzin,
jeśli 1 kWh kosztuje 70 groszy? Porównaj to z kosztem energii żarówki 60-watowej pracującej w
tym samym czasie.
23. Czajnik elektryczny ma moc 1500 W. Jaki będzie koszt jego pracy przez 10 min?
24. Koszt pracy żelazka jest ok. 10 razy większy niż koszt pracy żarówki 100-watowej. Jaka jest moc
żelazka? Jaki prąd przez nie płynie?
25. Do sieci podłączono suszarkę o mocy 1200 W. Bezpiecznik wytrzymuje prąd o natężeniu 10 A.
Czy suszarka będzie normalnie funkcjonować? Ile kosztuje praca takiej suszarki, jeśli jest
włączona przez 30 min?
26. Trzy żarówki o oporze 1 Ω połączono szeregowo z baterią o napięciu 6 V. Jaki będzie całkowity
opór obwodu? Jakie będzie natężenie i napięcie prądu płynącego przez każdą żarówkę? Co się
stanie, gdy jedna żarówka się przepali? Jak się zmieni natężenie prądu, gdy podwoimy liczbę
żarówek? Jak wpłynie to na ich jasność?
27. Trzy żarówki o oporze 1 Ω połączono równolegle z baterią o napięciu 6 V. Jaki będzie całkowity
opór obwodu? Jakie będzie natężenie i napięcie prądu płynącego przez każdą żarówkę? Co się
stanie, gdy jedna żarówka się przepali? Jak się zmieni natężenie prądu, gdy podwoimy liczbę
żarówek? Jak wpłynie to na ich jasność?
28. Jaką moc będzie miała żarówka 60-watowa podłączona do napięcia 110 V?