Λύσεις τράπεζας θεμάτων φυσική γενικής Β΄ λυκείου Δ θέμα 15558

electric pulse in an hand

Η φωτογραφία συμβολίζει την πεποίθηση μας ότι με μια απλή άσκηση, ο κάθε καθηγητής μπορεί να δείξει την πραγματική μαγεία , τον κόσμο γύρω μας.

Σας παρουσιάζουμε μια άσκηση που συνδυάζει την ένταση, το δυναμικό και το έργο της ηλεκτρικής δύναμης.

Προτείνουμε να διαβάσετε την μελέτη.

Δείτε και αυτό είναι η νέα μας προσπάθεια.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα Δ γενικής φυσικής.

ΘΕΜΑ Δ

Το αρνητικό σημειακό και ακίνητο φορτίο Q του σχήματος έχει τιμή -2 μC. Δημιουργεί γύρω του ηλεκτρικό πεδίο. Για την απόσταση r ισχύει ότι r = 10 cm.

15558 b gen

Δ1. Να σχεδιάσετε τα διανύσματα της έντασης του πεδίου στα σημεία Α και Β και να υπολογίσετε το μέτρο τους.

Δ2. Να βρείτε το δυναμικό στο σημείο Α.

Δ3. Αν στο σημείο Α τοποθετήσουμε δοκιμαστικό φορτίο q = -1 μC, να υπολογίσετε και να σχεδιάσετε τη δύναμη που δέχεται το φορτίο αυτό.

Δ4. Μετακινούμε το φορτίο q κατά μήκος της διαδρομής ΑΒ. Να υπολογίσετε το έργο της δύναμης του πεδίου για τη μετακίνηση του φορτίου q από το σημείο Α στο σημείο Β.

Δίνεται η ηλεκτρική σταθερά kc = 9∙109 N∙m2 / C2 .

Λύση

Δ1.

15558 b gen_1

H ένταση στο σημείο Α του ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb που δημιουργεί το σημειακό φορτίο Q:

ΕΑ = kc∙│Q│ / r² ⇒ ΕΑ = 9·109∙│- 2·10-6│ /  (10·10-2)² ⇒ ΕΑ = 18·10Ν / C .

H ένταση στο σημείο Β του ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb που δημιουργεί το σημειακό φορτίο Q:

ΕΒ = kc∙│Q│ / r² ⇒ ΕΒ = 9·109∙│- 2·10-6│ /  (10·10-2)² ⇒ ΕΒ = 18·10Ν / C .

Όπως το περιμέναμε, τα σημεία Α και Β ισαπέχουν από το σημειακό φορτίο Q, απόσταση r, άρα το μέτρο τους θα είναι το ίδιο.

Η ένταση είναι διανυσματικό μέγεθος, παρατηρείτε στο σχήμα την διεύθυνση και την φορά της, έχει διεύθυνση την ακτίνα και φορά προς το κέντρο του κύκλου, προς το σημειακό φορτίο – πηγή Q που δημιουργεί το ηλεκτρικό πεδίο.

Πεδίο είναι η ιδιότητα του χώρου, να ασκεί δυνάμεις σε κατάλληλα υποθέματα που βρίσκονται στο χώρο του, στο πεδίο της επίδρασης του. Βαρυτικό πεδίο είναι το πεδίο που ασκεί βαρυτικές δυνάμεις σε μάζες που θα βρίσκονται σε ένα σημείο του χώρου του, ηλεκτρικό πεδίο είναι το πεδίο που ασκεί ηλεκτρικές δυνάμεις Coulomb σε φορτία που θα βρίσκονται σε ένα σημείο του χώρου του.

Δ2.

Το δυναμικό στο σημείο Α του ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb :

VΑ = kc∙Q / r ⇒ VΑ = 9·109∙(- 2·10-6) /  (10·10-2) ⇒ VΑ = – 18·10Volt .

To δυναμικό είναι μια έννοια που αφορά το πεδίο (όπως και η ένταση), είναι μονόμετρο μέγεθος και μας διευκολύνει στο να υπολογίσουμε την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ενός φορτίου σε ένα σημείο του χώρου, την ηλεκτρική δυναμική ενέργεια του συστήματος των φορτίων Q (φορτίου – πηγή) και q (φορτίου – υποθέματος), καθώς η ηλεκτρική δυναμική ενέργεια ορίζεται πάντα σε σύστημα φορτίων με την τιμή της να γίνεται μηδέν στο άπειρο, στο χώρο εκτός πεδίου.

Δ3.

Από τον ορισμό της έντασης σε ένα σημείο Α του ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb που δημιουργεί το σημειακό φορτίο Q :

ΕΑ = Fc,q στο Α / │q│ ⇒ Fc,q στο Α = │q│·EΑ ⇒ Fc,q στο Α = 1·10-6·18·10⇒ Fc,q στο Α = 18·10-1 ⇒ Fc,q στο Α = 1,8 Ν.

15558 b gen_3

Η δύναμη Coulomb είναι διανυσματικό μέγεθος με διεύθυνση την ευθεία που ενώνει τα Q , q και φορά αντίθετη από την φορά της έντασης, αφού το φορτίο – υπόθεμα q έχει αρνητικό είδος φορτίου.

Βλέπετε πόσο απλά υπολογίζεται η δύναμη Coulomb, η ηλεκτρική δύναμη Fc,q στο Α μεταξύ των φορτίων Q , q που βρίσκονται σε απόσταση r, αν γνωρίζουμε την ένταση του σημείου Α. Όποιο φορτίο – υπόθεμα q και αν φέρουμε στο χώρο αυτό, θα βρούμε με ένα απλό γινόμενο την δύναμη │q│·EΑ Coulomb  .

Διαφορετικά από την σχέση της δύναμης  Fc =  kc∙│Q·q│ / r² με κάθε αλλαγή του φορτίου θα έπρεπε να υπολογίσετε ξανά την δύναμη .

Δ4.

Το δυναμικό στο σημείο B του ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb :

VB = kc∙Q / r ⇒ VB = 9·109∙(- 2·10-6) /  (10·10-2) ⇒ VB = – 18·10Volt .

Παρατηρούμε ότι η τιμή του δυναμικού στο σημείο του πεδίου Β και η τιμή του δυναμικού στο σημείο του πεδίου A είναι οι ίδιες, VA = VB . Λογικό αποτέλεσμα, δεν αλλάζει το φορτίο – πηγή Q , δεν αλλάζει η απόσταση r , άρα δεν αλλάζει η τιμή του δυναμικού. Όλα τα σημεία που ισαπέχουν από το φορτίο Q δημιουργούν μια ισοδυναμική επιφάνεια, όπου το δυναμικό έχει την ίδια τιμή .

Το έργο της δύναμης Coulomb WFc, q Α → B για την μεταφορά του φορτίου υποθέματος q από το σημείο Α στο σημείο Β του ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb που δημιουργεί το φορτίο – πηγή Q .

WFc, q Α → B = q·(VA – VB) ⇒ WFc, q Α → B = q·(VA – VA) ⇒ WFc, q Α → B = 0 .

To αποτέλεσμα μας εξηγεί φυσικά, ότι κατά την μεταφορά του φορτίου – υποθέματος q από το σημείο του πεδίου Α στο σημείο του πεδίου Β , δεν θα έχουμε καμία δαπάνη ενέργειας.

Προτείνουμε η άσκηση αυτή να δοθεί στους μαθητές και στη συνέχεια να συζητηθεί στη τάξη.

Επιστρέψτε στη σελίδα που φιλοξενεί όλα τα θέματα Δ γενικής φυσικής.

Advertisements

2 thoughts on “Λύσεις τράπεζας θεμάτων φυσική γενικής Β΄ λυκείου Δ θέμα 15558

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s