Elektrostatická síla a vzdálenost: co, kdy, jak a podrobná fakta

V tomto článku budeme diskutovat o elektrostatické síle a o tom, jak je vyčerpávajícím způsobem závislá na vzdálenosti.

Síla mezi dvěma nabitými částicemi je známá jako elektrostatická síla a síla síly závisí na množství náboje drženého částicí a vzdálenosti, která ji odděluje od jiné nabité částice.

Graf elektrostatické síly a vzdálenosti

Elektrostatická síla mezi dvěma náboji v klidu je dána vztahem:-

E = 1/4 πɛ (q1q2/r2)

Jestliže se vzdálenost mezi dvěma náboji zvětší, pak se elektrostatická síla mezi podobnými náboji sníží a síla mezi rozdílnými náboji se elektrostatická síla zvýší při rozšiřování vzdálenosti mezi dvěma náboji.

Jsou-li dva náboje podobné náboje, pak bude součin těchto dvou nábojů kladný a elektrostatická síla bude tedy kladná.

Jak se vzdálenost mezi dvěma náboji zvětšuje, síla zpočátku prudce klesá a pak se postupně dále snižuje. Proto výše uvedený graf ukazuje exponenciální křivku.

Přečtěte si více o Elektrické pole mezi dvěma deskami: vzorec, velikost, směr, imp Časté dotazy.

Příklad: Uvažujme dva náboje q1 a q2 s náboji 1C a 2C. Zjistěte, že změna elektrostatické síly mezi těmito dvěma náboji je vzdálenost mezi těmito dvěma změnami, a poté vykreslete graf.

Zadáno: q1 = 1 °C

q2 = 2 °C

Při d=1 cm

E1=1/4πɛ q1q2/r2

E1= 9 * 109*{1C*2C/(1)2}

= 9 * 109*2=18*109N

Při d=2 cm

E2=1/4πɛ(q1q2/r2)

E2= 9 * 109*(1C*2C/(2)2)

E2= 9 * 109*frac{2/4}

=9* 109*0.5=4.5*109 N

Při d=3 cm

E3= 1/4πɛ(q1q2/r2)

= 9 * 109*(2/9)

=2* 109 N

Při d=4 cm

E4= 1/4πɛ(q1q2/r2)

E4= 9 * 109*{1C*2C/(4)2}

= 9 * 109*{2/16}

= 1.125 * 109 N

Při d=5 cm

E5= 1/4πɛ(q1q2/r2)

E5= 9 * 109*{1C* 2C/(5)2}

= 9 * 109*{2/25}

= 0.72 * 109N

Nyní nakreslete graf pro výše uvedené

My máme,

Vzdálenost (cm)Elektrostatická síla (× 109 N)
118
24.5
32
41.125
50.72
obrázek 49
Graf elektrostatické síly v/s Vzdálenost

Je tedy zřejmé, že elektrostatická síla bude exponenciálně klesat s rozšiřující se vzdáleností, pokud jsou dva náboje jako nabité částice.

Dále se podívejme na vztah mezi elektrostatickou silou a vzdáleností, pokud jsou dva náboje odlišné od nábojů. Je velmi dobře známo, že dva rozdílné náboje ukazují síly přitažlivosti vůči sobě navzájem, a proto se tato síla zvýší, pokud se vzdálenost mezi nimi zvětší a graf bude vypadat jako níže: -

obrázek 50
Graf elektrostatické energie v/s vzdálenosti pro rozdílné náboje

Součin jedné záporně nabité a jedné kladně nabité částice poskytne součin záporný, a proto je elektrostatická síla záporná. Jak vzdálenost oddělující dva stoupá, síla přitažlivosti mezi nimi se bude zvyšovat na čtvereční vzdálenost.

Abychom pochopili, proč i v tomto případě graf ukazuje exponenciální křivku, vezmeme si jednoduchý příklad uvedený níže.

Příklad: Uvažujme dva náboje q1 a q2 s náboji -1C a 2C. Najděte elektrostatickou sílu s proměnnou vzdáleností oddělující dvě nabité částice a poté pro ni vyneste graf.

Zadáno: q1 = -1C

q2 = 2 °C

Při d=1 cm

E5= 1/4πɛ(q1q2/r2)

E5= 9 * 109*{-1C*2C/(1)2}

= 9 * 109 * (-2) = -18*109N

Při d=2 cm

E2= 1/4πɛ(q1q2/r2)

E2= 9 * 109*{-1C*2C/(2)2}

E2=9* 109*{-2/4}

= 9 * 109(-0.5) = -4.5 x 109N

Při d=3 cm

E3= 1/4πɛ(q1q2/r2)

E3= 9 * 109*{-1C*2C/(3)2}

= 9 * 109*{-2/9}

= -2 * 109 N

Při d=4 cm

E4= 1/4πɛ(q1q2/r2)

E4=9* 109*{-1C*2C/(4)2}

= 9 * 109*{-2/16}

= -1.125 * 109N

Při d=5 cm

E5= 1/4πɛ(q1q2/r2)

E5= 9 * 109*{-1C*2C/(5)2}

= 9 * 109*{-2/25}

= -0.72 * 109N

Nyní nakreslete graf pro výše uvedené

My máme,

Vzdálenost (cm)Elektrostatická síla (× 109 N)
1-18
2-4.5
3-2
4-1.125
5-0.72
obrázek 51
Graf elektrostatické síly v/s Vzdálenost

Z grafu je tedy zřejmé, že jak se vzdálenost mezi dvěma na rozdíl od nábojů zvětšuje, roste se vzdáleností i elektrostatická síla.

Přečtěte si více o Je elektrostatická síla konzervativní: Vyčerpávající poznatky.

Elektrostatická síla souvisí se vzdáleností vztahem E= 1/4πɛ(q1q2/r2)

Síla přitažlivosti mezi těmito dvěma se zvýší, pokud oddělíme dva náboje, a síla odpuzování poroste, pokud jsou náboje umístěny blízko sebe.

Elektrostatická síla primárně závisí na náboji částic v závislosti na tom, která síla přitažlivosti nebo odpuzování přichází do obrazu. Zcela závisí na náboji částice a vzdálenosti.

Přečtěte si více o Čistá elektrostatická síla: Jak hledat, problémy a časté dotazy.

Problém: Tři nabité částice jsou odděleny vzdáleností s různým nábojem, jak je znázorněno na obrázku níže. Vypočítejte elektrostatickou sílu na náboj Q1.

obrázek 52
Obr Elektrostatická síla mezi třemi nabitými částicemi

Elektrostatická síla mezi nábojem Q1 a Q2 is

E1= 1/4πɛ0(q1q2/r2)

= 9 * 109*{1C*3C/(2)2}

= 9 * 109*{3/4}

= 6.75 * 109N

Elektrostatická síla mezi nábojem Q1 a Q3 is

E2= 1/4πɛ0(q1q2/r2)

= 9 * 109*{1C*(-2)/(3)2}

= 9 * 109* {(-2)/9}

= -2 * 109N

Proto čistá síla působící na bod

F=E1+ E2

=(6.75-2)*109

= 4.75 * 109N

Čistá síla působící na bodový náboj Q1 je 4.75 × 109 N.

Přečtěte si více o Příklady elektrické síly: vyčerpávající příklady.

Zvyšuje se elektrostatická síla se vzdáleností?

Elektrostatická síla se zvětšuje se vzdáleností, pokud se dva udržované elektrické náboje liší od nábojů.

Protože elektrostatická síla je nepřímo úměrná vzdálenosti oddělující dva elektrické náboje, bude přitažlivá síla vzrůstat, když se tato vzdálenost bude prodlužovat ve větší a větší míře.

Mezi odpudivými náboji tomu tak není. Pokud se vzdálenost oddělující dva elektrické náboje zvětší, tato odpudivá síla mezi dvěma náboji se sníží. Takže v případě podobných nábojů se bude elektrostatická síla zmenšovat, protože se bude zmenšovat mezera mezi dvěma elektrickými náboji.

Přečtěte si více o Síla na pohybující se náboj v elektrickém poli: Několik přístupů a příklady problémů.

Jak vzdálenost zvyšuje sílu?

Síla se zvýší, pokud se vzdálenost mezi podobnými náboji zmenší a mezi rozdílnými náboji se prodlouží.

Přitažlivá síla mezi dvěma odlišnými náboji se zvětší, pokud se vzdálenost oddělující dva náboje zvětší, a odpudivá elektrostatická síla bude větší, když budou dva podobné náboje velmi blízko u sebe, to znamená, pokud bude vzdálenost mezi dvěma náboji být minimální.

Jak funguje elektrostatická síla?

Síla přitažlivosti nebo odpuzování mezi dvěma náboji se nazývá elektrostatická síla.

Elektrostatická síla přímo závisí na náboji, který částice nese v závislosti na počtu protonů a elektronů, které částice tvoří.

V závislosti na náboji existuje síla přitažlivosti nebo odpuzování mezi dvěma náboji oddělenými určitou vzdáleností. Rozdílné náboje ukazují elektrostatickou přitažlivou sílu, když se elektronové nosiče v částici přitahují k částici, která má maximum nosičů protonů, které jsou kladně nabité, protože elektrony mohou vyplnit prázdná místa v kladně nabité částici.

No, podobné nálože na sebe budou působit silou, aby se naopak odtlačily. Je to proto, že dvě kladně nabité částice budou mít maximální počet protonů, a proto se budou vzdalovat, pokud nebudou k dispozici žádné elektrony. Totéž platí v případě, kdy jsou dva náboje záporně nabité a mají více elektronů, částice již nebude přijímat více elektronů, a proto nevykazuje vzájemnou přitažlivost.

Přečtěte si více o Elektrostatika.

Často kladené otázky

Jaký je elektrostatický potenciál?

Potenciál elektrických nábojů vykonat práci nebo provést práci definuje elektrický potenciál tohoto náboje.

Elektrostatický potenciál je energie potřebná k přivedení nabité částice z nekonečné polohy do konečné vzdálenosti aplikací elektrostatické síly mezi bodovým nábojem a touto částicí v nekonečné vzdálenosti.

Jak se elektrický potenciál liší od elektrické síly?

Elektrický potenciál je energie jedné částice, zatímco elektrická síla je síla způsobená dvěma nebo více nabitými částicemi.

Energie potřebná k tomu, aby nabitá částice vykonala práci, se nazývá elektrický potenciál, a naopak síla získaná mezi dvěma nabitými částicemi je síla elektrická.

Co je elektrostatika?

Termín elektrostatika se zabývá nosiči elektrického náboje a jejich charakteristikami.

Vždy existuje síla přitahování a odpuzování v závislosti na počtu nosičů náboje v částici, která je známá jako elektrostatická síla.

Také čtení:

Zanechat komentář