КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Як експериментально довести, що тіла, які мають електричний заряд, взаємодіють навіть на відстані?
Взаємодію видно, коли наближати заряджене тіло до легких предметів (папірців, підвішеної гільзи) — вони починають рухатися ще до контакту. Також це доводить відхилення зарядженої кульки в полі іншого заряду.
2. Що таке електричне поле?
Це особлива форма матерії навколо заряджених частинок або тіл, яка діє з певною силою на інші електричні заряди.
3. Як визначити, чи існує в певній точці простору електричне поле?
Потрібно помістити в цю точку пробний заряд. Якщо на нього діє електрична сила — поле існує.
4. Назвіть основні властивості електричного поля.
Воно матеріальне, має енергію, діє на заряди з певною силою, існує в будь-якій точці навколо заряду та слабшає з відстанню.
5. Що називають силовою характеристикою електричного поля?
Напруженість електричного поля.
6. Дайте означення силових ліній електричного поля.
Це умовні лінії, дотичні до яких у кожній точці вказують напрямок вектора напруженості поля.
ВПРАВА № 28
1. Наведіть приклади об’єктів, навколо яких існує електричне поле.
Поле є навколо будь-якого зарядженого тіла: натертої ебонітової палички, зарядженої пластини, металевої сфери чи повітряної кульки.
2. На рис. 1 зображено силові лінії електричного поля зарядженої кульки. Який знак заряду кульки?
Заряд негативний, оскільки силові лінії спрямовані до нього.
3. Наведіть приклади, які підтверджують вислів: «Електричне поле не можна побачити, але можна довести його існування».
Існування доводиться дією поля: притягання папірців, відхилення стрілки електрометра, рух тонера в лазерному принтері.
4. Чому дорівнює напруженість електричного поля в даній точці, якщо на заряд 40 нКл воно діє із силою 100 мН?
Дано:
- $q = 40 \text{ нКл} = 40 \cdot 10^{-9} \text{ Кл}$
- $F = 100 \text{ мН} = 0,1 \text{ Н}$
Знайти:
- E − ?
Розв’язання:
Для обчислення напруженості електричного поля скористаємося формулою:
$E = \dfrac{F}{q}$
Підставимо значення:
$E = \dfrac{0,1 \text{ Н}}{40 \cdot 10^{-9} \text{ Кл}} = \dfrac{10^{-1}}{4 \cdot 10^{-8}} \text{ Н/Кл} = 0,25 \cdot 10^{7} \text{ Н/Кл} = 2,5 \cdot 10^{6} \text{ Н/Кл}$
Відповідь: Напруженість електричного поля становить 2, 5 МН/Кл (або 2, 5 ⋅ 106 Н/Кл).
5. На рис. 2 зображено силові лінії електричних полів, створених двома зарядами. Визначте: 1) напрямок силових ліній; 2) напрямок напруженості електричного поля в точці A; в точці B; 3) у якій точці (A чи B) електричне поле є сильнішим.
- Лінії йдуть від «+» до «−».
- У точці A напруженість спрямована праворуч (дотична до лінії), у точці B — до негативного заряду.
- Поле сильніше в точці A, бо лінії там розташовані густіше.
6. Між двома різнойменно зарядженими пластинами зависла негативно заряджена крапелька олії масою 3,2 мг (рис. 3). Визначте напрямок і значення сили, яка діє на крапельку з боку електричного поля пластин, а також знак заряду кожної пластини.
Дано:
- $m = 3,2 \text{ мг} = 3,2 \cdot 10^{-6} \text{ кг}$
- $q < 0$ (негативний)
- $g = 10 \text{ м/с}^2$
Знайти:
- $F_{\text{ел}} = ?$
- Напрямок $F_{\text{ел}}$
- Знак пластин
Розв’язання:
На крапельку діє сила тяжіння $F_{\text{тяж}}$, напрямлена вертикально вниз. Оскільки крапелька “зависла” (перебуває у стані спокою), сили, що діють на неї, скомпенсовані. Це означає, що електрична сила $F_{\text{ел}}$ повинна бути рівна за модулем силі тяжіння і протилежна їй за напрямком.
Отже, сила з боку електричного поля напрямлена вертикально вгору.
Оскільки крапелька має негативний заряд ($q < 0$), то для того, щоб електрична сила штовхала її вгору:
- Нижня пластина має відштовхувати негативний заряд (однойменні заряди відштовхуються), тому нижня пластина — негативна $(-)$.
- Верхня пластина має притягувати негативний заряд (різнойменні заряди притягуються), тому верхня пластина — позитивна $(+)$.
Обчислення значення сили:
З умови рівноваги:
$F_{\text{ел}} = F_{\text{тяж}}$
Розпишемо силу тяжіння:
$F_{\text{тяж}} = m \cdot g$
Підставимо числові значення:
$F_{\text{ел}} = 3,2 \cdot 10^{-6} \cdot 10 = 32 \cdot 10^{-6} \text{ Н} = 32 \text{ мкН}$
Відповідь: Сила $F_{\text{ел}} = 32 \text{ мкН}$, напрямлена вгору. Верхня пластина позитивна $(+)$, нижня — негативна $(-)$.
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ
Поясніть спостережуване явище (в експерименті «Летюча вата»).
При контакті з лінійкою вата отримує однойменний заряд. Оскільки однойменні заряди відштовхуються, виникає сила, що компенсує вагу вати і дозволяє їй «літати».
Виконайте рисунок, на якому зазначте сили, що діють на вату.
На рисунку від шматочка вати проводять два вектори однакової довжини: сила тяжіння (вниз) та електрична сила (вгору).