Fizyka I OO/Wykład X
Pokazy
- Różne sposoby elektryzowania ciał.
- Elektryzowanie balonów,
- szklanych rur,
- elektroskopy i elektryzowanie przez indukcję,
- elektrofor i jego elektryzowanie.
- Zasada zachowania ładunku pokazana na elektroskopach
Ładunek elektryczny
właściwość ciała polegająca na możliwości oddziaływania z innymi ciałami mającymi tę samą właściwość. Właściwość ta jest mierzalną cechą ciała, czyli wielkością fizyczną oznaczaną symbolem Q i wyrażaną w kulombach [C].
Każdy ładunek jest całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego. Wynika to z budowy atomowej ciał. Cząstki, z jakich zbudowane są atomy mają ładunek elementarny. Elektryzowanie ciała polega na wprowadzeniu na niego lub zabraniu pewnej liczby elektronów. Wartość ładunku elementarnego wynosi [math]e=\unit{1,602189∙10^{-19}}{C}[/math].
Prawo Coulomba
Prawo oddziaływań dla dwóch punktowych ładunków, to prawo Coulomba. Mówi ono, że siła oddziaływań elektrycznych pomiędzy dwoma ładunkami punktowymi jest proporcjonalna do iloczynu ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości miedzy nimi.
[math]\vec{F} = \frac{1}{4\pi\varepsilon_0}\frac{qQ}{r^2}\frac{\vec{r}}{r}[/math]
Zasada zachowania ładunku
jedną z fundamentalnych zasad przyrody. Mówi ona o tym, że w układzie odosobnionym ładunek jest zachowany.
Pole fizyczne
przestrzeń, w każdym punkcie której określona jest pewna wielkość fizyczna ( pole gęstości, pole temperatur).
Przestrzeń, w każdym punkcie której określone jest natężenie pola lub potencjał elektryczny nosi nazwę pola elektrycznego.
[math] \vec{E} = \frac{F}{q_0}[/math]
[math]q_0 [/math] — ładunek próbny, czyli ładunek nie zakłócający przestrzeni, na mocy umowy ładunek dodatni.
Przykładowe wartości natężenia pola (za Resnick, Hallyday „Fizyka”)
| Na powierzchni jądra uranu | [math]\unit{3\cdot 10^{21}}{\frac{N}{C}}[/math] |
| W atomie wodoru w odległości [math]\unit{5,29\cdot 10^{ -11}}{m}[/math] | [math]\unit{5\cdot 10^{11}}{\frac{N}{C}}[/math] |
| W pobliżu naelektryzowanego grzebienia | [math]\unit{10^{3}}{\frac{N}{C}}[/math] |
Linie pola elektrycznego
są krzywą, do której w każdym punkcie styczny jest wektor natężenia pola. Jeśli wprowadzimy ładunek próbny (bez prędkości początkowej), to będzie się on poruszał wzdłuż linii pola.
Pole jednorodne
jeśli w każdym punkcie ma taka sama wartość. Przykładem jest pole pomiędzy dwoma płytami naładowanymi różnoimiennie. Linie są równoległe.
Pole centralne
jeśli źródłem jest ładunek punktowy. Linie biegną promieniście.
Praca w polu elektrycznym
[math] W= \int_{r_1}^{r_2} \vec{F}\cdot d\vec{r} = \int_{r_1}^{r_2} k\frac{Q q}{r^2} dr = - \frac{1}{r} kQq|_{r_1}^{r_2} = kQq\left(-\frac{1}{r_2}-\frac{1}{r_1}\right) = \Delta E_p [/math]
Całka po drodze zamkniętej jest równa zeru. Zachowawczy charakter pola elektrostatycznego polega na tym, że wielkość pracy nie zależy od długości drogi, ale od wzajemnej odległości oddziałujących ładunków. Energia potencjalna dwóch oddziałujących ze sobą elektrycznie ładunków jest równa:
[math] E_p = k\frac{qQ}{r}+C[/math]
Praca jest równa różnicy energii, w tym wypadku energii potencjalnej elektrostatycznej
Bardziej ogólne określenie energii potencjalnej jest następujące
Określenie energii, gdy siła ma jedną składową
[math] F(x) = -\frac{dE_p}{dx}[/math]
[math] W = \int_{x_2}^{x_2} -\frac{dE_p}{dx} dx = -E_{p_2} +E_{p_1} = -\Delta E_p[/math]
Określenie energii potencjalnej w ogólnym przypadku
[math] \vec{F} = -\left( \frac{\partial E_p}{\partial x}, \frac{\partial E_p}{\partial y},\frac{\partial E_p}{\partial z}\right) [/math]
Siła jest gradientem energii potencjalnej ze znakiem „minus”.
[math] \vec{E} = \frac{\vec{F}}{q} - \left( \frac{\partial V}{\partial x}, \frac{\partial V}{\partial y},\frac{\partial V}{\partial z}\right) [/math]
Zależność znana ze szkoły średniej — związek pomiędzy natężeniem pola a róznicą potencjałów między płytkami kondensatora:
[math] E = \frac{U}{d}[/math]
Powierzchnia ekwipotencjalna, to powierzchnia równego potencjału. Przesuwając po niej ładunek nie wykonuje się pracy. Powierzchnia naładowanego przewodnika jest powierzchnią ekwipotencjalną.
