W tym artykule omówimy w sposób wyczerpujący siłę elektrostatyczną i jej zależność od odległości.
Siła między dwiema naładowanymi cząstkami jest znana jako siła elektrostatyczna, a siła tej siły zależy od ilości ładunku trzymanego przez cząstkę i odległości oddzielającej ją od drugiej naładowanej cząstki.
Wykres siły elektrostatycznej i odległości
Siła elektrostatyczna między dwoma ładunkami w spoczynku jest określona zależnością:-
E=1/4 πɛ (q1q2/r2)
Jeśli odległość między dwoma ładunkami wzrośnie, wówczas siła elektrostatyczna między podobnymi ładunkami zmniejszy się, a siła elektrostatyczna między różnymi ładunkami wzrośnie wraz z rozszerzeniem odległości między dwoma ładunkami.
Jeśli dwa ładunki są ładunkami podobnymi, to iloczyn dwóch ładunków będzie dodatni, a zatem siła elektrostatyczna będzie dodatnia.
Wraz ze wzrostem odległości między dwoma ładunkami siła początkowo gwałtownie spada, a następnie stopniowo maleje. Dlatego powyższy wykres przedstawia krzywą wykładniczą.
Czytaj więcej na Pole elektryczne między dwiema płytkami: formuła, wielkość, kierunek, chochlik — często zadawane pytania.
Przykład: Rozważ dwa ładunki q1 i q2 o ładunkach odpowiednio 1C i 2C. Dowiedz się, jak zmienność siły elektrostatycznej między tymi dwoma ładunkami jest odległością między tymi dwoma zmianami, a następnie narysuj wykres.
Dany: q1 = 1C
q2 = 2C
Na d = 1 cm
E1=1/4πɛ q1q2/r2
E1= 9 * 109*{1K*2K/(1)2}
= 9 * 109*2=18*109N
Na d = 2 cm
E2=1/4πɛ(q1q2/r2)
E2= 9 * 109*(1K*2K/(2)2)
E2= 9 * 109*frak{2/4}
=9* 109*0.5=4.5*109 N
Na d = 3 cm
E3= 1/4πɛ(q1q2/r2)
= 9 * 109*(2/9)
=2* 109 N
Na d = 4 cm
E4= 1/4πɛ(q1q2/r2)
E4= 9 * 109*{1K*2K/(4)2}
= 9 * 109*{2/16}
= 1.125 * 109 N
Na d = 5 cm
E5= 1/4πɛ(q1q2/r2)
E5= 9 * 109*{1K* 2K/(5)2}
= 9 * 109*{2/25}
= 0.72 * 109N
Teraz narysujmy wykres dla powyższego
Mamy,
| Odległość (cm) | Siła elektrostatyczna (× 109 N) |
| 1 | 18 |
| 2 | 4.5 |
| 3 | 2 |
| 4 | 1.125 |
| 5 | 0.72 |
Stąd jasne jest, że siła elektrostatyczna będzie zmniejszać się wykładniczo wraz ze wzrostem odległości, jeśli dwa ładunki są jak naładowane cząstki.
Co więcej, zobaczmy zależność między siłą elektrostatyczną a odległością, jeśli te dwa ładunki różnią się od siebie. Dobrze wiemy, że te dwa różne ładunki pokazują siły przyciągania do siebie, a zatem siła ta wzrośnie, jeśli odległość między nimi wzrośnie, a wykres będzie wyglądał tak, jak pokazano poniżej:-
Produkt jednej ujemnie naładowanej i jednej dodatnio naładowanej cząstki da produkt ujemny, a zatem siła elektrostatyczna jest ujemna. Wraz ze wzrostem odległości dzielącej te dwa elementy siła przyciągania między nimi będzie wzrastać na odległość kwadratową.
Zrozummy, dlaczego wykres pokazuje krzywą wykładniczą również w tym przypadku, biorąc prosty przykład podany poniżej.
Przykład: Rozważ dwa ładunki q1 i q2 o ładunkach odpowiednio -1C i 2C. Znajdź siłę elektrostatyczną ze zmienną odległością oddzielającą dwie naładowane cząstki, a następnie wykreśl wykres dla tego samego.
Dany: q1 = -1C
q2 = 2C
Na d = 1 cm
E5= 1/4πɛ(q1q2/r2)
E5= 9 * 109*{-1K*2K/(1)2}
= 9 * 109 * (-2)=-18*109N
Na d = 2 cm
E2= 1/4πɛ(q1q2/r2)
E2= 9 * 109*{-1K*2K/(2)2}
E2=9* 109*{-2/4}
= 9 * 109(-0.5)=-4.5*109N
Na d = 3 cm
E3= 1/4πɛ(q1q2/r2)
E3= 9 * 109*{-1K*2K/(3)2}
= 9 * 109*{-2/9}
= -2 * 109 N
Na d = 4 cm
E4= 1/4πɛ(q1q2/r2)
E4=9* 109*{-1K*2K/(4)2}
= 9 * 109*{-2/16}
= -1.125 * 109N
Na d = 5 cm
E5= 1/4πɛ(q1q2/r2)
E5= 9 * 109*{-1K*2K/(5)2}
= 9 * 109*{-2/25}
= -0.72 * 109N
Teraz narysujmy wykres dla powyższego
Mamy,
| Odległość (cm) | Siła elektrostatyczna (× 109 N) |
| 1 | -18 |
| 2 | -4.5 |
| 3 | -2 |
| 4 | -1.125 |
| 5 | -0.72 |
Zatem z wykresu jasno wynika, że wraz ze wzrostem odległości między dwoma różnymi ładunkami siła elektrostatyczna rośnie wraz z odległością.
Czytaj więcej na Czy siła elektrostatyczna jest konserwatywna: wyczerpujące spostrzeżenia.
Jak są powiązane siły elektrostatyczne i odległość?
Siła elektrostatyczna jest związana z odległością zależnością E= 1/4πɛ(q1q2/r2)
Siła przyciągania między nimi wzrośnie, jeśli oddzielimy oba ładunki, a siła odpychania wzrośnie, jeśli ładunki zostaną umieszczone blisko siebie.
Siła elektrostatyczna zależy przede wszystkim od ładunku cząstek, w zależności od tego, jaka siła przyciągania lub odpychania pojawia się na obrazie. Całkowicie opiera się na ładunku cząstki i odległości.
Czytaj więcej na Siła elektrostatyczna netto: jak znaleźć, problemy i często zadawane pytania.
Problem: Trzy naładowane cząstki są oddzielone odległością o różnych ładunkach, jak pokazano na poniższym rysunku. Oblicz siłę elektrostatyczną ładunku Q1.
Siła elektrostatyczna między ładunkiem Q1 i Q2 is
E1=1/4πɛ0(q1q2/r2)
= 9 * 109*{1K*3K/(2)2}
= 9 * 109*{3/4}
= 6.75 * 109N
Siła elektrostatyczna między ładunkiem Q1 i Q3 is
E2=1/4πɛ0(q1q2/r2)
= 9 * 109*{1K*(-2)/(3)2}
= 9 * 109* {(-2)/9}
= -2 * 109N
Stąd siła wypadkowa działająca na punkt
F=E1+ E2
=(6.75-2)*109
= 4.75 * 109N
Siła wypadkowa na ładunku punktowym Q1 wynosi 4.75 × 109 N.
Czytaj więcej na Przykłady sił elektrycznych: wyczerpujące przykłady.
Czy siła elektrostatyczna wzrasta wraz z odległością?
Siła elektrostatyczna wzrasta wraz z odległością, jeśli dwa utrzymywane ładunki elektryczne różnią się od siebie.
Ponieważ siła elektrostatyczna jest odwrotnie proporcjonalna do odległości dzielącej dwa ładunki elektryczne, siła przyciągania będzie wzrastać, gdy odległość ta będzie się wydłużać w coraz większym stopniu.
Tak nie jest między odpychającymi szarżami. Jeśli odległość między dwoma ładunkami elektrycznymi wzrośnie, siła odpychania między dwoma ładunkami zmniejszy się. Tak więc w przypadku podobnych ładunków siła elektrostatyczna zmniejszy się, ponieważ szczelina między dwoma ładunkami elektrycznymi zmniejszy się.
Czytaj więcej na Siła poruszającego się ładunku w polu elektrycznym: kilka podejść i przykłady problemów.
Jak odległość zwiększa siłę?
Siła jest zwiększana, jeśli odległość między podobnymi ładunkami jest zmniejszona, a między różnymi ładunkami wydłuża się.
Siła przyciągania między dwoma niepodobnymi ładunkami wzrasta, jeśli odległość dzieląca dwa ładunki wzrasta, a odpychająca siła elektrostatyczna będzie większa, gdy dwa podobne ładunki będą bardzo blisko siebie, to znaczy, jeśli odległość między dwoma ładunkami będzie być minimum.
Jak działa siła elektrostatyczna?
Siła przyciągania lub odpychania między dwoma ładunkami nazywana jest siłą elektrostatyczną.
Siła elektrostatyczna bezpośrednio zależy od ładunku, jaki niesie cząstka, w zależności od liczby protonów i elektronów, z których składa się cząstka.
W zależności od ładunku istnieje siła przyciągania lub odpychania pomiędzy dwoma ładunkami oddzielonymi pewną odległością. Odmienne ładunki pokazują elektrostatyczną siłę przyciągania, gdy nośniki elektronów w cząstce przyciągają się w kierunku cząstki, która ma maksymalne nośniki protonów, które są naładowane dodatnio, ponieważ elektrony mogą wypełnić puste przestrzenie w dodatnio naładowanej cząstce.
Cóż, podobne ładunki będą wywierać na siebie siłę, aby odepchnąć się przeciwnie. Dzieje się tak, ponieważ dwie dodatnio naładowane cząstki będą miały maksymalną liczbę protonów, a zatem odejdą, jeśli nie będzie dostępnych elektronów. Tak samo jest w przypadku, gdy dwa ładunki są naładowane ujemnie i mają więcej elektronów, cząsteczka nie będzie już pobierać większej liczby elektronów, dlatego nie wykazuje przyciągania do siebie.
Czytaj więcej na Elektrostatyka.
Często Zadawane Pytania
Jaki jest potencjał elektrostatyczny?
Potencjał ładunków elektrycznych do wykonania pracy lub wykonania pracy określa potencjał elektryczny tego ładunku.
Potencjał elektrostatyczny to energia wymagana do przeniesienia naładowanej cząstki z nieskończonej pozycji na skończoną odległość przez przyłożenie siły elektrostatycznej między ładunkiem punktowym a tą cząsteczką w nieskończonej odległości.
Czym różni się potencjał elektryczny od siły elektrycznej?
Potencjał elektryczny to energia jednej cząstki, natomiast siła elektryczna to siła wywierana przez dwie lub więcej naładowanych cząstek.
Energia potrzebna do wykonania pracy przez naładowaną cząstkę nazywana jest potencjałem elektrycznym, a przeciwnie, siła uzyskana między dwiema naładowanymi cząstkami to siła elektryczna.
Czym jest elektrostatyka?
Termin elektrostatyka dotyczy nośników ładunku elektrycznego i ich charakterystyk.
Zawsze istnieje siła przyciągania i odpychania zależna od liczby nośników ładunku w cząstce, która jest znana jako siła elektrostatyczna.
Przeczytaj także:
- Konserwatywne przykłady siły
- Pole magnetyczne i siła
- Czy pole magnetyczne i siła magnetyczna są takie same?
- Temperatura wrzenia i siły molekularne
- Siła grawitacji Księżyca
- Przykłady siły centralnej
- Czy siła grawitacji jest siłą centralną?
- Przykłady sił jądrowych
- Czy siła wypadkowa jest wektorem
- Czy siła podporowa jest siłą kontaktową?
Cześć, jestem Akshita Mapari. Zrobiłem mgr. w fizyce. Pracowałem przy projektach takich jak Modelowanie numeryczne wiatrów i fal podczas cyklonu, Fizyka zabawek i zmechanizowanych maszyn dreszczowych w parkach rozrywki w oparciu o mechanikę klasyczną. Ukończyłem kurs na Arduino i zrealizowałem kilka mini projektów na Arduino UNO. Zawsze lubię odkrywać nowe obszary w dziedzinie nauki. Osobiście uważam, że nauka jest bardziej entuzjastyczna, gdy uczy się ją kreatywnie. Poza tym lubię czytać, podróżować, brzdąkać na gitarze, identyfikować skały i warstwy, fotografować i grać w szachy.
