z10-Elektrostatyka, SiMR sem1, fizyka0
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Elektrostatyka
Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Ładunek elektryczny
Materia zbudowana jest z atomów. Atom składa się z dodatnie naładowanego jądra atomowego (zbudowanego z
dodatnie naładowanych protonów i nienaładowanych neutronów) oraz ujemnie naładowanych elektronów. Cechą
charakterystyczna protonów i elektronów jest to, że dwa protony lub dwa elektrony odpychają się natomiast proton i
elektron się przyciągają. Cechę protonów i elektronów, która odpowiada za takie przyciąganie lub odpychanie
nazywamy
ładunkiem elektrycznym
.
Mówimy, że ładunek elektryczny jest skwantowany, co oznacza, że
jest on zawsze wielokrotnością dodatniego
ładunku protonu lub ujemnego ładunku elektronu: q = n*e
gdzie n – liczba całkowita, e – ładunek elektronu, q –
ładunek elektryczny.
Jednostką ładunku elektrycznego jest
kulomb
oznaczany symbolem [C].
Wartość bezwzględną ładunku protonu lub elektronu nazywamy
ładunkiem elementarnym
i oznaczamy jako
e
.
Poniżej znajduje się schemat atomu wodoru według Bohra. Ujemnie naładowany elektron krąży wokół dodatni
naładowanego protonu podobnie jak Księżyc krąży wokół Ziemi. Ponieważ ładunki różnoimienne się przyciągają,
elektron nie „ucieka” z orbity protonu.
+
ładunek protonu +
e
=1.601 *10
-19
[C]
-
ładunek elektronu -
e
=-1.601 *10
-19
[C]
Ładunkiem punktowym
nazywamy ładunek skupiony w ciele, którego rozmiary są bardzo małe w porównaniu z
odległościami do innych naładowanych ciał (podobnie jak przybliżenie punktu materialnego).
Prawo Coulomba
Podstawową cechą oddziaływań pomiędzy ładunkami jest to, że
ładunki jednoimienne się odpychają, a ładunki
różnoimienne się przyciągają.
Siłę oddziaływań pomiędzy dwoma ładunkami punktowymi opisuje prawo Coulomba. Prawo to głosi, że
siła
wzajemnego oddziaływania pomiędzy dwoma ładunkami punktowymi jest wprost proporcjonalna do ich
iloczynu i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.
Prawo to można zapisać za pomocą
równania:
q
F
1
r
2
2
F
–siła oddziaływania dwóch ładunków elektrycznych
Warto zapamiętać!
q
1
, q
2
–punktowe ładunki elektryczne
k ≈ 9*10
9
[N*m
2
/C
2
]
r
–odległość pomiędzy ładunkami punktowymi
0
= 8.85·10
-12
[F/m]
k
–stała proporcjonalności
[
0
] = F/m = A
2·
s
4
/kg·m
3
1
k
gdzie
0
jest przenikalnością elektryczną próżni
4
πε
0
F
F
+
q
2
+
q
1
F
F
-
q
2
+
q
1
Pole elektryczne
Ładunki elektryczne wytwarzają w otaczającej je przestrzeni
pole elektryczne
. Istnienie pola elektrycznego
oznacza, że na ładunki znajdujące się w polu działa siła. Pole to opisuje się przez
natężenie pola elektrycznego
lub
potencjał elektryczny
.
Natężenie pola elektrycznego
jest wielkością wektorową oznaczaną jako
E
.
Kierunek wektora natężenie pola
elektrycznego jest taki sam jak kierunek działającej siły, natomiast zwrot jest zgodny ze zwrotem wektora siły,
jaka działa na dodatni ładunek próbny.
Wartość wektora natężenia pola od ładunku punktowego
Q
jest zdefiniowana jako stosunek siły działającej na
ładunek próbny
q
do wartości tego ładunku.
Qq
E
=
=
2
2
q
qr
r
Pole elektryczne od dodatniego
ładunku punktowego
Pole elektryczne od ujemnego
ładunku punktowego
E
E
-
+
Q
Q
Pole elektryczne od ładunku punktowego ma symetrię radialną (promieniową) i jest skierowane na zewnątrz w
przypadku gdy ładunek jest dodatni i do środka dla ładunku ujemnego.
Jednostką natężenia pola elektrycznego jest niuton na kulomb: [1N/1C]
Pole elektryczne pochodzące od dwóch punktowych
ładunków jednoimiennych
Pole elektryczne pochodzące od dwóch punktowych
ładunków róznoimiennych
-
+
+
+
Pole elektryczne pomiędzy dwoma naładowanymi jednorodnie płytami. Linie pola elektrycznego są do
siebie równoległe dla odpowiednio dużego stosunku powierzchnia płyt/odległość między płytami.
Przedstawiony poniżej układ nazywamy kondensatorem płaskim.
-
-
-
-
-
-
+
+
+
+
+
+
[ Pobierz całość w formacie PDF ]