Yhteenveto ja itsearviointi

Yhteenveto

Sähkövaraus

  • Sähkövarauksen tunnus on [[$Q$]] ja yksikkö coulombi, 1 C.
  • Alkeisvaraus on pienin luonnossa esiintyvä sähkövaraus: [[$e=1{,}6021\cdot 10^{-19}\text{ C}$]].
  • Samanmerkkiset sähkövaraukset hylkivät toisiaan ja erimerkkiset vetävät toisiaan puoleensa.
  • Sähkövarausten välinen voima noudattaa Coulombin lakia: [[$ F=k\cdot \dfrac{Q_1Q_2}{r^2} $]]​.
  • Varauseron purkautuessa syntyy sähkövirta. Sähkövirran tunnus on [[$I$]] ja yksikkö ampeeri, 1 A. Sähkövirta on siirtyvän varauksen ja siirtymisajan suhde: [[$ I=\dfrac{\Delta Q}{\Delta t} $]]​.

Sähkökenttä


  • Sähkövaraus luo ympärilleen sähkökentän, jota voidaan esittää kenttäviivapiirroksella.
  • Sähkökentän voimakkuus [[$\bar E$]] on vektorisuure: sähköinen voima varausyksikköä kohden eli [[$\bar E=\dfrac{\bar F}{Q}$]].
  • Sähkökenttään tuotu toinen varauksellinen ([[$Q$]]) hiukkanen kokee voiman [[$F=QE$]].
  • Homogeenisessa sähkökentässä sähkökentän voimakkuus ja suunta ovat kaikkialla kentässä samat.

Sähkökentän potentiaalienergia, potentiaali ja jännite

  • Sähkökentässä varatulla hiukkasella on sijainnista ja sähkövarauksesta riippuva määrä sähköistä potentiaalienergiaa, [[$E_\text{sp}$]]. 
  • Sähkökentän potentiaali tietyssä pisteessä: [[$V=\dfrac{E_\text{sp}}{Q}$]]. Potentiaali on sähkökentän ominaisuus, yksikkö on voltti, 1 V.
  • Jännite [[$U$]] on kahden pisteen välinen potentiaaliero: [[$U_{\text{AB}}=V_{\text{B}}-V_{\text{A}}$]].
  • Homogeenisessa sähkökentässä jännite kahden pisteen välillä etäisyydellä [[$d$]] sähkökentän suunnassa: [[$U=Ed$]].
  • Varatun hiukkasen sähköinen potentiaalienergia homogeenisessa sähkökentässä etäisyydellä [[$d$]] nollatasoon nähden: [[$E_\text{sp}=QU=QEd$]].

2. Testaa osaamisesi! (Maks. 15 p.)

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen

1. Valitse oikea vaihtoehto.

1.1. Kun sähköisesti varattu lasisauva tuodaan vaahtomuovisilpun lähelle,





1.2. Sähkövaraukseltaan negatiivinen hiukkanen on sähkökentässä, jota esitetään kuvan mukaisilla kenttäviivoilla. Mikä vaihtoehto esittää parhaiten hiukkaseen kohdistuvaa sähköistä voimaa?






1.3. Kuvassa on kahden sähköisesti varatun ([[$ Q_1 $]] ja [[$ Q_2 $]]) kappaleen synnyttämä sähkökenttä. Mitä voidaan sanoa sähkövarausten merkeistä?







1.4. Sähkövaraukseltaan positiivinen hiukkanen viedään kuvan mukaiseen sähkökenttään. Kummassa merkityistä pisteistä hiukkasen sähköinen potentiaalienergia on suurempi?





1.5. Negatiivisesti sähkövarattu hiukkanen asetetaan kuvan mukaiseen sähkökenttään kahden varatun levyn välissä. Mitä hiukkaselle tapahtuu sähkökentän vaikutuksesta?




1.6. Edellisen kohdan hiukkanen osuu lopulta jollakin loppunopeudella toiseen levyistä. Miten tilanne olisi erilainen, jos levyjen välinen jännite olisi ollut suurempi?





2. Laske tehtävä vaiheittain ja perustellen. Tämän jälkeen pisteytä ratkaisusi malliratkaisun perusteella. (3 p.)

Kaksi pientä johdepalloa roikkuu eristävissä naruissa hylkien toisiaan. Niiden välinen etäisyys on 75 mm ja molempien sähkövaraus 45 nC. Määritä pallojen välinen sähköinen voima.

Näytä ratkaisu

Ratkaisuni pistemäärä:



3. Laske tehtävä vaiheittain ja perustellen. Tämän jälkeen pisteytä ratkaisusi malliratkaisun perusteella. (6 p.)

Kahden metallilevyn välillä on 250 V:n jännite. Levyjen välinen etäisyys on 2,8 cm. Elektroni irtoaa alemmassa potentiaalissa olevasta levystä, jolloin se lähtee liikkumaan kohti vastakkaista levyä.

  1. Määritä levyjen välisen sähkökentän voimakkuus. (1 p.)
  2. Määritä elektronin kiihtyvyys välittömästi irtoamisen jälkeen. (3 p.)
  3. Määritä nopeus, jolla elektroni osuu vastakkaiseen levyyn. (2 p.)



Näytä ratkaisu

Ratkaisuni pistemäärä:



Tallenna vastauksesi. Maksimipistemäärä on 15 p.

Kirjaudu sisään lähettääksesi tämän lomakkeen