Obiectiv de învățare
Până la sfârșitul acestei secțiuni, veți fi capabili să:
- Numiți mai multe aplicații ale studiului electrostaticii în lumea reală.
Studiul electrostaticii s-a dovedit util în multe domenii. Acest modul acoperă doar câteva dintre numeroasele aplicații ale electrostaticii.
Generatorul Van de Graaff
Figura 1. Schema generatorului Van de Graaff.
Generatoarele Van de Graaff (sau Van de Graaffs) nu sunt doar dispozitive spectaculoase folosite pentru a demonstra tensiunea ridicată datorată electricității statice – ele sunt, de asemenea, folosite pentru cercetări serioase. Primul a fost construit de Robert Van de Graaff în 1931 (pe baza unor sugestii inițiale ale Lordului Kelvin) pentru a fi utilizat în cercetarea în domeniul fizicii nucleare. Figura 1 prezintă o schemă a unei versiuni mari de cercetare. Van de Graaffs utilizează atât suprafețe netede, cât și ascuțite, precum și conductori și izolatori pentru a genera sarcini statice mari și, prin urmare, tensiuni mari.
O baterie (partea A din figura 1) furnizează un exces de sarcină pozitivă unui conductor ascuțit, ale cărui vârfuri pulverizează sarcina pe o bandă izolatoare în mișcare în apropierea părții inferioare. Conductorul ascuțit (partea B din figura 1) aflat în partea de sus, în sfera mare, preia sarcina. (Câmpul electric indus la vârfuri este atât de mare încât îndepărtează sarcina de pe centură). Acest lucru poate fi realizat deoarece sarcina nu rămâne în interiorul sferei conductoare, ci se deplasează spre suprafața sa exterioară. O sursă de ioni din interiorul sferei produce ioni pozitivi, care sunt accelerați departe de sfera pozitivă la viteze mari.
Un exces de sarcină foarte mare poate fi depus pe sferă, deoarece se deplasează rapid spre suprafața exterioară. Limitele practice apar deoarece câmpurile electrice mari polarizează și în cele din urmă ionizează materialele din jur, creând sarcini libere care neutralizează excesul de sarcină sau îi permit să scape. Cu toate acestea, tensiuni de 15 milioane de volți se încadrează bine în limitele practice.
Experiment pentru acasă: Electrostatica și umiditatea
Folosiți un pieptene prin păr și folosiți-l pentru a ridica bucăți de hârtie. Poate fi de ajutor să rupeți bucățile de hârtie mai degrabă decât să le tăiați frumos. Repetați exercițiul în baia dumneavoastră după ce ați făcut un duș lung și aerul din baie este umed. Este mai ușor să obțineți efecte electrostatice în aer uscat sau umed? De ce hârtia ruptă ar fi mai atractivă pentru pieptene decât hârtia tăiată? Explicați-vă observațiile.
Xerografie
Majoritatea mașinilor de copiat folosesc un proces electrostatic numit xerografie – un cuvânt inventat din cuvintele grecești xeros pentru uscat și graphos pentru scris. Inima procesului este prezentată într-o formă simplificată în figura 2.
Un tambur de aluminiu acoperit cu seleniu este pulverizat cu sarcină pozitivă din puncte de pe un dispozitiv numit corotron. Seleniul este o substanță cu o proprietate interesantă – este un fotoconductor. Adică, seleniul este un izolator atunci când se află în întuneric și un conductor atunci când este expus la lumină.
În prima etapă a procesului de xerografie, tamburul de aluminiu conductor este împământat astfel încât o sarcină negativă este indusă sub stratul subțire de seleniu uniform încărcat pozitiv. În a doua etapă, suprafața tamburului este expusă la imaginea a ceea ce urmează a fi copiat. În cazul în care imaginea este luminoasă, seleniul devine conductor, iar sarcina pozitivă este neutralizată. În zonele întunecate, sarcina pozitivă rămâne, și astfel imaginea a fost transferată pe tambur.
În a treia etapă se ia o pulbere neagră uscată, numită toner, și se pulverizează cu o sarcină negativă, astfel încât aceasta să fie atrasă de regiunile pozitive ale tamburului. Apoi, o bucată de hârtie albă primește o sarcină pozitivă mai mare decât pe tambur, astfel încât să atragă tonerul de pe tambur. În cele din urmă, hârtia și tonerul reținut electrostatic sunt trecute prin role de presiune încălzite, care topesc și aderă permanent tonerul în fibrele hârtiei.
Figura 2. Xerografia este un procedeu de copiere uscată bazat pe electrostatică. Principalele etape ale procesului sunt încărcarea tamburului fotoconductor, transferul unei imagini care creează un duplicat de sarcină pozitivă, atragerea tonerului către părțile încărcate ale tamburului și transferul tonerului pe hârtie. Nu sunt prezentate tratamentul termic al hârtiei și curățarea tamburului pentru următoarea copie.
Imprimante cu laser
Imprimantele cu laser utilizează procesul xerografic pentru a realiza imagini de înaltă calitate pe hârtie, utilizând un laser pentru a produce o imagine pe tamburul fotoconductor, așa cum se arată în figura 3. În cea mai obișnuită aplicație a sa, imprimanta laser primește ieșirea de la un computer și poate obține ieșiri de înaltă calitate datorită preciziei cu care poate fi controlată lumina laser. Multe imprimante laser fac o prelucrare semnificativă a informațiilor, cum ar fi realizarea de litere sau fonturi sofisticate, și pot conține un calculator mai puternic decât cel care le furnizează datele brute care urmează să fie tipărite.
Figura 3. Într-o imprimantă laser, un fascicul laser este scanat pe un tambur fotoconductor, lăsând o imagine cu sarcină pozitivă. Celelalte etape de încărcare a tamburului și de transferare a imaginii pe hârtie sunt aceleași ca în cazul xerografiei. Lumina laser poate fi controlată foarte precis, permițând imprimantelor laser să producă imagini de înaltă calitate.
Imprimante cu jet de cerneală și pictură electrostatică
Figura 4. Duza unei imprimante cu jet de cerneală produce picături mici de cerneală, care sunt pulverizate cu sarcină electrostatică. Diferite dispozitive acționate de calculator sunt apoi folosite pentru a direcționa picăturile în pozițiile corecte pe o pagină.
Imprimanta cu jet de cerneală, folosită în mod obișnuit pentru imprimarea de text și grafică generată de calculator, utilizează, de asemenea, electrostatica. O duză face o pulverizare fină de picături mici de cerneală, care primesc apoi o sarcină electrostatică. (A se vedea figura 4.)
După ce sunt încărcate, picăturile pot fi direcționate, folosind perechi de plăci încărcate, cu mare precizie pentru a forma litere și imagini pe hârtie. Imprimantele cu jet de cerneală pot produce imagini color utilizând un jet negru și alte trei jeturi cu culori primare, de obicei cyan, magenta și galben, la fel cum un televizor color produce culoarea. (Acest lucru este mai dificil în cazul xerografiei, necesitând mai multe tamburi și tonere.)
Pictura electrostatică utilizează sarcina electrostatică pentru a pulveriza vopsea pe suprafețe cu forme ciudate. Repulsia reciprocă a sarcinilor asemănătoare face ca vopseaua să zboare departe de sursa sa. Tensiunea superficială formează picături, care sunt apoi atrase de sarcinile diferite pe suprafața care urmează să fie vopsită. Vopsirea electrostatică poate ajunge în acele locuri greu accesibile, aplicând un strat uniform într-un mod controlat. Dacă obiectul este un conductor, câmpul electric este perpendicular pe suprafață, având tendința de a aduce picăturile în mod perpendicular. Colțurile și punctele de pe conductori vor primi vopsea suplimentară. Fetrul poate fi aplicat în mod similar.
Precipitatoare de fum și curățarea electrostatică a aerului
O altă aplicație importantă a electrostaticii se găsește în curățătoarele de aer, atât mari cât și mici. Partea electrostatică a procesului plasează un exces de sarcină (de obicei pozitivă) pe fum, praf, polen și alte particule din aer și apoi trece aerul printr-o grilă cu sarcină opusă care atrage și reține particulele încărcate. (A se vedea figura 5.)
Precipitatoarele electrostatice de mari dimensiuni sunt utilizate la nivel industrial pentru a elimina peste 99% din particulele din emisiile de gaze de coș asociate cu arderea cărbunelui și a petrolului. Filtrele de precipitații casnice, adesea în combinație cu sistemul de încălzire și aer condiționat din casă, sunt foarte eficiente în eliminarea particulelor poluante, a substanțelor iritante și a alergenilor.
Figura 5. (a) Schema unui precipitator electrostatic. Aerul este trecut prin grile de sarcină opusă. Prima grilă încarcă particulele din aer, în timp ce a doua le atrage și le colectează. (b) Efectul dramatic al precipitatoarelor electrostatice se vede prin absența fumului de la această centrală electrică. (credit: Cmdaldalgleish, Wikimedia Commons)
Strategii de rezolvare a problemelor de electrostatică
- Examinați situația pentru a determina dacă este implicată electricitatea statică. Aceasta se poate referi la sarcinile staționare separate, la forțele dintre ele și la câmpurile electrice pe care le creează.
- Identificați sistemul de interes. Aceasta include notarea numărului, locațiilor și tipurilor de sarcini implicate.
- Identificați exact ceea ce trebuie determinat în problemă (identificați necunoscutele). Este utilă o listă scrisă. Determinați dacă forța Coulomb trebuie să fie luată în considerare în mod direct – dacă da, poate fi utilă desenarea unei diagrame de corp liber, folosind liniile de câmp electric.
- Realizați o listă cu ceea ce este dat sau poate fi dedus din problemă așa cum este enunțată (identificați elementele cunoscute). Este important să se facă distincția între forța F a lui Coulomb și câmpul electric E, de exemplu.
- Solvați ecuația corespunzătoare pentru cantitatea care trebuie determinată (necunoscuta) sau desenați liniile de câmp așa cum se cere.
- Examinați răspunsul pentru a vedea dacă este rezonabil: Are sens? Sunt unitățile corecte și numerele implicate rezonabile?
Concepte integrate
Exercițiile de Concepte integrate pentru acest modul implică concepte precum sarcini electrice, câmpuri electrice și alte câteva subiecte. Fizica este mai interesantă atunci când este aplicată la situații generale care implică mai mult decât un set restrâns de principii fizice. Câmpul electric exercită o forță asupra sarcinilor, de exemplu, și de aici și relevanța dinamicii: Forța și legile de mișcare ale lui Newton. Următoarele subiecte sunt implicate în unele sau în toate problemele etichetate „Concepte integrate”:
- Cinematică
- Cinematică bidimensională
- Dinamică: Force and Newton’s Laws of Motion
- Uniform Circular Motion and Gravitation
- Statics and Torque
- Fluid Statics
Următorul exemplu prelucrat ilustrează modul în care această strategie este aplicată la o problemă de Concepte integrate:
Exemplu 1. Accelerarea unei picături încărcate de benzină
Dacă nu se iau măsuri pentru a împământa o pompă de benzină, electricitatea statică poate fi plasată pe benzină atunci când umpleți rezervorul mașinii dumneavoastră. Să presupunem că o mică picătură de benzină are o masă de 4,00 × 10-15 kg și primește o sarcină pozitivă de 3,20 × 10-19 C.
- Căutați greutatea picăturii.
- Calculați forța electrică asupra picăturii dacă există un câmp electric ascendent de intensitate 3.00 × 105 N/C datorat altor electricități statice din vecinătate.
- Calculați accelerația picăturii.
Strategie
Pentru a rezolva o problemă de concept integrat, trebuie mai întâi să identificăm principiile fizice implicate și să identificăm capitolele în care acestea se regăsesc. În partea 1 a acestui exemplu se cere greutatea. Acesta este un subiect de dinamică și este definit în Dynamics: Forța și legile de mișcare ale lui Newton. Partea 2 se referă la forța electrică asupra unei sarcini, un subiect din Electric Charge and Electric Field. Partea 3 cere accelerația, cunoscând forțele și masa. Acestea fac parte din legile lui Newton, care se găsesc, de asemenea, în Dinamica: Force and Newton’s Laws of Motion.
Soluțiile următoare pentru fiecare parte a exemplului ilustrează modul în care sunt aplicate strategiile specifice de rezolvare a problemelor. Acestea implică identificarea lucrurilor cunoscute și necunoscute, verificarea pentru a vedea dacă răspunsul este rezonabil și așa mai departe.
Soluția pentru partea 1
Puterea este masa înmulțită cu accelerația datorată gravitației, așa cum este exprimată pentru prima dată în w = mg. Introducând masa dată și accelerația medie datorată gravitației rezultă
w = (4,00 × 10-15 kg)(9,80 m/s2) = 3,92 × 10-14 N.
Discuție pentru partea 1
Aceasta este o greutate mică, în concordanță cu masa mică a picăturii.
Soluție pentru partea a 2-a
Forța pe care un câmp electric o exercită asupra unei sarcini este dată de rearanjarea următoarei ecuații:
F = qE.
Aici ni se dă sarcina (3.20 × 10-19 C este de două ori unitatea fundamentală de sarcină) și intensitatea câmpului electric, și astfel se constată că forța electrică este
F = (3.20 × 10-19 C)(3.00 × 105 N/C) = 9.60 × 10-14 N.
Discuție pentru partea 2
Chiar dacă aceasta este o forță mică, ea este mai mare decât greutatea picăturii.
Soluție pentru partea 3
Accelerația poate fi găsită folosind a doua lege a lui Newton, cu condiția să putem identifica toate forțele externe care acționează asupra picăturii. Presupunem că doar greutatea picăturii și forța electrică sunt semnificative. Deoarece picătura are o sarcină pozitivă și câmpul electric este dat ca fiind ascendent, forța electrică este ascendentă. Avem astfel o problemă unidimensională (direcție verticală) și putem enunța a doua lege a lui Newton sub forma
a=\frac{F_{\text{net}}}{m}\\\ unde Fnet = F – w.
Introducând aceasta și valorile cunoscute în expresia celei de-a doua legi a lui Newton rezultă
\begin{array}{lll}a&=&\frac{F-w}{m}\\text{ }&=&\frac{9.60\times10^{-14}\text{ N}-3.92\times10^{-14}\text{ N}}{4.00\times10^{-15}\text{ kg}}\\\text{ }&=&14.2\text{ m/s}^2\end{array}\\\\
Discuție pentru partea a 3-a
Aceasta este o accelerație ascendentă suficient de mare pentru a transporta picătura în locuri în care s-ar putea să nu doriți să aveți benzină.
Acest exemplu prelucrat ilustrează modul de aplicare a strategiilor de rezolvare a problemelor la situații care includ subiecte din diferite capitole. Primul pas este de a identifica principiile fizice implicate în problemă. Al doilea pas constă în rezolvarea necunoscutei folosind strategii familiare de rezolvare a problemelor. Acestea se regăsesc pe tot parcursul textului, iar multe exemple lucrate arată cum să le folosiți pentru subiecte unice. În acest exemplu de concepte integrate, puteți vedea cum să le aplicați pe mai multe subiecte. Veți găsi aceste tehnici utile în aplicații ale fizicii în afara unui curs de fizică, cum ar fi în profesia dumneavoastră, în alte discipline științifice și în viața de zi cu zi. Următoarele probleme vă vor dezvolta abilitățile în aplicarea pe scară largă a principiilor fizice.
Rezultate nerezonabile
Exercițiile cu Rezultate nerezonabile pentru acest modul au rezultate care sunt nerezonabile pentru că unele premise sunt nerezonabile sau pentru că unele dintre premise sunt inconsistente între ele. Principiile fizice aplicate corect produc atunci rezultate nerezonabile. Scopul acestor probleme este de a oferi practică în a evalua dacă natura este descrisă cu acuratețe, iar dacă nu este așa, de a depista sursa dificultății.
Strategia de rezolvare a problemelor
Pentru a determina dacă un răspuns este rezonabil și pentru a determina cauza dacă nu este, faceți următoarele.
- Rezolvați problema folosind strategiile prezentate mai sus. Folosiți formatul urmat în exemplele lucrate din text pentru a rezolva problema ca de obicei.
- Verificați dacă răspunsul este rezonabil. Este prea mare sau prea mic, sau are semnul greșit, unități de măsură necorespunzătoare și așa mai departe?
- Dacă răspunsul nu este rezonabil, căutați ce anume ar putea cauza în mod specific dificultatea identificată. De obicei, modul în care răspunsul este nerezonabil este un indiciu al dificultății. De exemplu, o forță Coulomb extrem de mare s-ar putea datora presupunerii unei sarcini separate excesiv de mari.
Secțiunea Rezumat
- Electrostatica este studiul câmpurilor electrice în echilibru static.
- Pe lângă cercetările care utilizează echipamente precum un generator Van de Graaff, există multe aplicații practice ale electrostaticii, inclusiv fotocopiatoare, imprimante laser, imprimante cu jet de cerneală și filtre de aer electrostatice.
Probleme & Exerciții
- (a) Care este câmpul electric la 5,00 m de centrul terminalului unui generator Van de Graaff cu o sarcină de 3,00 mC, notând că acest câmp este echivalent cu cel al unei sarcini punctiforme în centrul terminalului? (b) La această distanță, ce forță exercită câmpul asupra unei sarcini de 2,00 μC de pe centura Van de Graaff?
- (a) Care este direcția și mărimea unui câmp electric care susține greutatea unui electron liber în apropierea suprafeței Pământului? (b) Discutați ce implică valoarea mică a acestui câmp în ceea ce privește intensitatea relativă a forțelor gravitaționale și electrostatice.
- În figura este prezentată o tehnică simplă și comună de accelerare a electronilor, în care există un câmp electric uniform între două plăci. Electronii sunt eliberați, de obicei de la un filament fierbinte, în apropierea plăcii negative, iar în placa pozitivă există o mică gaură care permite electronilor să continue să se miște. (a) Calculați accelerația electronului dacă intensitatea câmpului este de 2,50 × 104 N/C. (b) Explicați de ce electronul nu va fi atras înapoi spre placa pozitivă odată ce se deplasează prin gaură.
Figura 6. Plăcile conductoare paralele cu sarcini opuse pe ele creează un câmp electric relativ uniform folosit pentru a accelera electronii spre dreapta. Cei care trec prin gaură pot fi folosiți pentru a face să strălucească ecranul unui televizor sau al unui calculator sau pentru a produce raze X.
- Pământul are o sarcină netă care produce un câmp electric de aproximativ 150 N/C în jos la suprafața sa. (a) Care este mărimea și semnul excesului de sarcină, notând că câmpul electric al unei sfere conductoare este echivalent cu o sarcină punctiformă în centrul său? (b) Ce accelerație va produce câmpul asupra unui electron liber în apropierea suprafeței Pământului? (c) Ce obiect de masă cu un singur electron în plus va avea greutatea sa susținută de acest câmp?
- Puncte de sarcină de 25,0 μC și 45,0μC sunt plasate la o distanță de 0,500 m. (a) În ce punct de-a lungul liniei dintre ele este câmpul electric nul? (b) Care este câmpul electric la jumătatea distanței dintre ele?
- Ce se poate spune despre două sarcini q1 și q2, dacă câmpul electric la un sfert din drumul de la q1 la q2 este nul?
- Concepte integrate. Calculați viteza unghiulară ω a unui electron care orbitează în jurul unui proton din atomul de hidrogen, având în vedere că raza orbitei este de 0,530 × 10-10 m. Puteți presupune că protonul este staționar și că forța centripetă este furnizată de atracția Coulomb.
- Concepte integrate. Un electron are o viteză inițială de 5,00 × 106 m/s într-un câmp electric uniform de intensitate 2,00 × 105 N/C. Câmpul accelerează electronul în direcția opusă vitezei sale inițiale. (a) Care este direcția câmpului electric? (b) Ce distanță parcurge electronul înainte de a se opri? (c) Cât timp îi ia electronului să se oprească? (d) Care este viteza electronului atunci când se întoarce la punctul său de plecare?
- Concepte integrate. Limita practică a unui câmp electric în aer este de aproximativ 3,00 × 106 N/C. Peste această intensitate au loc scântei, deoarece aerul începe să se ionizeze și sarcinile circulă, reducând câmpul. (a) Calculați distanța pe care trebuie să o parcurgă un proton liber în acest câmp pentru a atinge 3,00% din viteza luminii, pornind din repaus. (b) Acest lucru este practic în aer, sau trebuie să se producă în vid?
- Concepte integrate. O bilă izolatoare încărcată de 5,00 g atârnă pe o sfoară lungă de 30,0 cm într-un câmp electric orizontal uniform, așa cum se arată în figura 7. Având în vedere că sarcina de pe bilă este de 1,00 μC, găsiți intensitatea câmpului.
Figura 7. Un câmp electric orizontal face ca bila încărcată să atârne la un unghi de 8,00º.
- Concepte integrate. Figura 8 arată un electron care trece între două plăci metalice încărcate care creează un câmp electric vertical de 100 N/C perpendicular pe viteza orizontală inițială a electronului. (Acestea pot fi utilizate pentru a schimba direcția electronului, cum ar fi într-un osciloscop). Viteza inițială a electronului este de 3,00 × 106 m/s, iar distanța orizontală pe care o parcurge în câmpul uniform este de 4,00 cm. (a) Care este deviația sa verticală? (b) Care este componenta verticală a vitezei sale finale? (c) La ce unghi iese? Neglijați orice efect de margine.
Figura 8.
- Concepte integrate. Experimentul clasic al picăturii de ulei Millikan a fost primul care a permis obținerea unei măsurători precise a sarcinii unui electron. În cadrul acestuia, picăturile de ulei au fost suspendate împotriva forței gravitaționale de un câmp electric vertical. (Vezi figura 9.) Având în vedere că picătura de ulei are o rază de 1,00 μm și o densitate de 920 kg/m3: (a) Găsiți greutatea picăturii. (b) Dacă picătura are un singur electron în exces, găsiți intensitatea câmpului electric necesară pentru a-i echilibra greutatea.
Figura 9. În experimentul cu picătura de ulei Millikan, picăturile mici pot fi suspendate într-un câmp electric prin forța exercitată asupra unui singur electron în exces. În mod clasic, acest experiment a fost folosit pentru a determina sarcina electronului qe prin măsurarea câmpului electric și a masei picăturii.
- Concepte integrate. (a) În figura 10, patru sarcini egale q se află pe colțurile unui pătrat. O a cincea sarcină Q se află pe o masă m direct deasupra centrului pătratului, la o înălțime egală cu lungimea d a unei laturi a pătratului. Determinați mărimea lui q în funcție de Q, m și d, dacă forța Coulomb trebuie să fie egală cu greutatea lui m. (b) Este acest echilibru stabil sau instabil? Discutați.
Figura 10. Patru sarcini egale pe colțurile unui pătrat orizontal susțin greutatea unei a cincea sarcini situate direct deasupra centrului pătratului.
- Rezultate nerezonabile. (a) Calculați intensitatea câmpului electric în apropierea unei sfere conductoare cu diametrul de 10,0 cm care are pe ea 1,00 C de sarcină în exces. (b) Ce este nerezonabil la acest rezultat? (c) Ce ipoteze sunt responsabile?
- Rezultate nerezonabile. (a) Două picături de ploaie de 0,500 g într-un cap de tunet se află la o distanță de 1,00 cm una de alta când fiecare dintre ele dobândește o sarcină de 1,00 mC. Găsiți accelerația lor. (b) Ce este nerezonabil în acest rezultat? (c) Ce premisă sau ipoteză este responsabilă?
- Rezultate nerezonabile. Un inventator de cimitire vrea să ridice mașini prin încărcarea unei bile cu diametrul de 0,400 m și prin inducerea unei sarcini egale și opuse asupra mașinii. Dacă o mașină are o masă de 1000 kg, iar bila trebuie să fie capabilă să o ridice de la o distanță de 1,00 m: (a) Ce încărcătură minimă trebuie folosită? (b) Care este câmpul electric în apropierea suprafeței bilei? (c) De ce sunt aceste rezultate nerezonabile? (d) Ce premisă sau ipoteză este responsabilă?
- Construiți propria problemă. Considerați două bile izolatoare cu sarcini egale și opuse distribuite uniform pe suprafețele lor, ținute la o anumită distanță între centrele bilelor. Construiți o problemă în care să calculați câmpul electric (magnitudinea și direcția) datorat bilelor în diferite puncte de-a lungul unei drepte care trece prin centrele bilelor și se extinde la infinit de o parte și de alta. Alegeți puncte interesante și comentați semnificația câmpului în acele puncte. De exemplu, în ce puncte câmpul ar putea fi doar cel datorat unei bile și unde câmpul devine neglijabil de mic? Printre lucrurile care trebuie luate în considerare se numără mărimile sarcinilor și distanța dintre centrele bilelor. Este posibil ca instructorul dumneavoastră să dorească să luați în considerare câmpul electric în afara axei sau pentru o matrice mai complexă de sarcini, cum ar fi cele dintr-o moleculă de apă.
- Construiți propria problemă. Considerați nave spațiale conductoare sferice identice în spațiul cosmic, unde câmpurile gravitaționale de la alte corpuri sunt neglijabile în comparație cu atracția gravitațională dintre nave. Construiți o problemă în care să plasați sarcini în exces identice pe navele spațiale pentru a contracara exact atracția lor gravitațională. Calculați cantitatea de sarcină în exces necesară. Examinați dacă această sarcină depinde de distanța dintre centrele navelor, de masele navelor sau de alți factori. Discutați dacă acest lucru ar fi un lucru ușor, dificil sau chiar imposibil de realizat în practică.
Glosar
Generator Van de Graaff: o mașină care produce o cantitate mare de sarcină în exces, folosită pentru experimente cu tensiune înaltă
electrostatică: studiul forțelor electrice statice sau cu mișcare lentă
fotoconductor: o substanță care este izolatoare până când este expusă la lumină, moment în care devine conductor
xerografie: un procedeu de copiere uscată bazat pe electrostatică
legat la pământ: conectat la pământ cu un conductor, astfel încât sarcina să circule liber către și de la Pământ către obiectul legat la pământ
imprimantă cu laser: utilizează un laser pentru a crea o imagine fotoconductivă pe un tambur, care atrage particule de cerneală uscată care sunt apoi rulate pe o foaie de hârtie pentru a imprima o copie de înaltă calitate a imaginii
imprimantă cu jet de cerneală: picături mici de cerneală pulverizate cu o sarcină electrică sunt controlate de plăci electrostatice pentru a crea imagini pe hârtie
precipitatoare electrostatice: filtre care aplică sarcini particulelor din aer, apoi atrag aceste sarcini către un filtru, îndepărtându-le din curentul de aer
Soluții alese la probleme & Exerciții
2. (a) 5,58 × 10-11 N/C; (b)forța coulombiană este extraordinar de puternică decât gravitația
4. (a) -6,76 × 105 C; (b) 2,63 × 1013 m/s2 (în sus); (c) 2,45 × 10-18 kg
6. Sarcina q2 este de 9 ori mai mare decât q1.
.