FIZYKA

Elektrostatyka – definicje

ciesiolek

1. Ładunek elektryczny
• Cała materia zbudowana jest z cząstek elementarnych o ładunku ujemnym, ładunku dodatnim i
cząstek elektrycznie obojętnych.
• Ładunkiem punktowym nazywać będziemy obiekt fizyczny o właściwościach punktu
geometrycznego, obdarzony różnym od zera ładunkiem elektrycznym
• Zasada zachowania ładunku – sumaryczny ładunek układu odosobnionego jest wielkością stałą
(algebraiczna suma ładunków w układzie izolowanym jest stała i nie zmienia się w czasie)
∑qi=const .
• Dipol elektryczny jest to układ dwóch ładunków punktowych oddalonych od siebie. Ładunki te są
różnoimienne, ale bezwzględna ich wartość pozostaje stała
• Prawo niezmienności ładunku elektrycznego- wartość ładunku elektrycznego nie zależy od jego
prędkości i jest taka sama we wszystkich układach inercjalnych.
• Ładunek elektryczny- źródło pola elektromagnetycznego związane z nośnikiem
materialnym ;występ. 2 rodzaje ładunków elektrycznych ,umownie zw. dodatnim i ujemnym
(….) ;do pomiaru ładunku elektrycznego służą elektrometry oraz galwanometry (balistyczne)
• Prawo Coulomba- dwa nieruchome, punktowe ładunki elektryczne oddziałują ze sobą siłami
wprost proporcjonalnymi do iloczynu wartości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalnymi do
kwadratu odległości między nimi. W zależności od znaków Q i q siła oddziaływania F może być
siłą przyciągania lub siłą odpychania F= k Q q / R2
• Współczynnik proporcjonalności-współczynnik k który dla próżni wynosi 1/4πεo k=9*109
Nm2/C2

2. Pole elektrostatyczne
• Pole elektrostatyczne –nazywamy własność przestrzeni polegającą na tym, że na ładunki
umieszczone w tej przestrzeni działają siły elektrostatyczne (przestrzeń działania sił
elektrostatycznych); jest polem źródłowym. Źródłem pola są ładunki elektryczne. Siła
oddziaływania zależy od wielu czynników takich jak wielkość ładunków, wymiary ciał związanych
z tymi ładunkami, ich wzajemne usytuowanie i właściwości elektryczne ośrodka otaczającego
ładunki. Ładunek wytwarza pole w otaczającej go przestrzeni i dopiero te pole działa na pozostałe
ładunki.
• Natężeniem pola nazywa się stosunek siły z jaką pole działa na ładunek próbny do wartości tego
ładunku. Otrzymuje się wielkość wektorową, którą definiuje wzór: E= F/qo . Zwrot wektora E jest
określony przez zwrot siły działającej w danym polu na dowolny (a nie tylko próbny) punktowy
ładunek dodatni. Czynnikami decydującymi o wektorze natężenia pola w danym punkcie
przestrzeni są:1) wartości i znaki ładunków wytwarzających pole (źródła pola), i ich rozkład
przestrzenny, 2)położenie punktu w przestrzeni, w którym wyznacza się natężenie pola, 3) rodzaj
ośrodka wypełniającego przestrzeń, w której istnieje pole.
• Linie sił pola - tory do których styczne pokrywają się w każdym punkcie z wektorem natężenia.
Linie skierowane-ich kierunek jest określony przez zwrot wektorów E, czyli zwrot sił działających
na ładunki dodatnie. Linie te mają początek i koniec, a nie są to nigdy linie zamknięte
• Pole jednorodne- pole, w którego wszystkich punktach natężenie pola jest takie samo, czyli ma te
same wartości, kierunki i zwroty. W tym przypadku linie sił są równoległe.
• Zasada superpozycji- natężenie pola elektrostatycznego dowolnym punkcie jest sumą wektorową
natężeń pól w tym punkcie, pochodzących od każdego z ładunków.
• Potencjał pola elektrostatycznego- potencjał jest to stosunek energii potencjalnej ładunku
próbnego umieszczonego w tym punkcie do wartości tego ładunku.
• Powierzchnia ekwipotencjalna (pow. jednakowego potencjału)- zbiór wszystkich punktów, w
których potencjał pola elektrostatycznego ma taką samą wartość. Przy przesuwaniu ładunku między
dwoma dowolnymi pkt. pow. ekwipot. , niedostaje wykonana praca. Siły z jakimi pole działa na ten
ładunek, ładunek więc i wektor natężenia pola elektrostatycznego są prostopadłe do powierzchni
stałego potencjału. V1-V2=0 → W=q(V1-V2) → W=0;W=F*Sab*cosά;
Pow. ekwipot. są powierzchniami prostopadłymi w każdym pkt. do linii sił pola. Powierzchnie

ekwipotencjalne są zgodne z powierzchniami kul, o środkach w pkt., w którym znajduje się
ładunek. Pow. ekwipot. są pow. prostopadłymi w każdym pkt. wyraża zmianę potencjału wzdłuż
lini sił pola, przechodzącej przez dany punkt, przypadające na jednostkę długości tej linii. Jeżeli
potencjały w dwóch bliskich sobie pkt. pola różnią się znacznie oznacza to, że natężenie pola
elektrostatycznego w tym obszarze jest duże. E=lim│∆V/∆s│
• Praca przesunięcia ładunku w polu elektrycznym- praca związana z przesunięciem ładunku w polu
elektrostatycznym nie zależy od drogi, tzn. ani od kształtu krzywej, ani od długości drogi mierzonej
wzdłuż krzywej, po której ładunek jest przemieszczany. Praca przesunięcia ładunku między dwoma
dowolnymi punktami zależy tylko od położenia tych punktów, a nie od drogi, po której przesuwa
się ładunek. Można też pokazać, że z podanych sformułowań wynika, iż praca przesunięcia ładunku
po dowolnej drodze zamkniętej, np. po, okręgu jest zawsze równa zeru.
2. Pojemność elektryczna- pojemnością elektryczną przewodnika nazywamy stosunek ładunku
zgromadzonego na przewodniku do wywołanego przez ten ładunek potencjału. C=q/V. Przewodnik
ma pojemność jednego farada, gdy ładunek jednego kulomba wywołuje na nim potencjał jednego
wolta. Pojemność elektryczna informuje nas ile ładunku należy wprowadzić na przewodnik, aby
uzyskać potencjał równy jednostce.
3. Przenikalność elektryczna próżni: jest jedną ze stałych fizycznych, a jej wartość została
określona w układzie Si i ma wymiar farada na metr (F/m)
4. Przenikalność elektryczna bezwzględna środowiska jest wielkością charakteryzującą środowisko
z punktu widzenia własności dielektrycznych, przy czym ε = εo εr
5. przenikalność elektryczna względna określa, ile razy przenikalność danego środowiska jest
większa od przenikalności próżni (przenikalność względna jest wielkością bez wymiarową).Może
być wyrażona stosunkiem siły oddziaływania elektrostatycznego między ładunkami umieszczonymi
w próżni do siły oddziaływania elektrostatycznego między ładunkami umieszczonymi w
dielektryku (np. w oleju) εr=ε/εo εr = Fel εo/ Fel ε
6. Gęstość ładunku
1. Objętościowa- (ρ) w obszarze objętości V, w którym znajduje się równomiernie rozmieszczony
ładunek elektryczny określa zależność ρ = Q/V. Jednostką gęstości objętościowej ładunku jest 1
kolumb na metr sześcienny. Jeżeli ładunki elektryczne są rozłożone równomiernie w pewnym
obszarze przestrzeni, to można posługiwać się pojęciem gęstości objętościowej ładunku.
2. Powierzchniową- (σ)Jeżeli ładunki elektryczne są rozłożone równomiernie na pewnej
płaszczyźnie, np. na płycie metalowej to można posługiwać się pojęciem gęstości powierzchniowej
ładunku. Gęstość powierzchniową ładunku na płaszczyźnie o polu powierzchni S, na której
znajduje się równomiernie rozmieszczony elektryczny ładunek krytyczny Q określa zależność σ =
Q/S. Jednostką jest Kolumb na metr kwadratowy .
3. Liniową-(τ) na przewodzie liniowym o długości l, na którym znajduje się równomiernie
rozmieszczony ładunek określa zależność τ = Q/l. Jednostką jest 1 kolumb na metr. Jeżeli ładunki
elektryczne są rozłożone równomiernie w sposób liniowy, np. na dostatecznie cienkim i długim
przewodzie, można posługiwać się pojęciem gęstości liniowej ładunku.
4. Dielektryk w polu elektrycznym-Gdy brak pola elektrycznego, wówczas dielektryk można na
ogół traktować jako elektrycznie obojętny. Jeśli znajdzie się pod działaniem pola elektrycznego, to
polaryzuje się. Ładunek dodatni każdego atomu dielektryka przesuwa się w kierunku działania
natężenia pola elektrycznego, elektrycznego wypadkowy ładunek ujemny elektronów w kierunku
przeciwnym. Wiązania cząsteczkowe pozostają nienaruszone, a przemieszczenie ładunków jest
nieznaczne , ale tym większe, im silniejsze jest zewnętrzne pole elektryczne, czyli im większą
miarę ma wektor natężenia pola elektrycznego. Przesunięte ładunki tworzą jakby pary ładunków
równych co do wartości, lecz różniących się znakiem (ładunki związane). Taką parę nazywamy
dipolem elektrycznym. Dipole wytwarzają własne pole elektryczne, które przeciwdziała polu
zewnętrznemu elektrycznemu jest względem niego przeciwnie skierowane (akcja i reakcja).
Wypadkowe natężenie pola elektrycznego w dielektryku jest mniejsze niż natężenie pola
zewnętrznego, a więc również mniejsze od natężenia pola jakie istniałoby w tym obszarze przy
braku dielektryka.(rys.- zeszyt)

5. Przewodnik w polu elektrostatycznym- pod wpływem pola elektrycznego elektrony swobodne w
przewodniku przemieszczają się w jednym kierunku i w części przewodnika zgromadzi się ładunek
ujemny. Druga część tego przewodnika staje się naładowana dodatnio .W wyniku rozdzielenia
ładunków w przewodniku powstaje pole elektryczne wewnętrzne. Ruch elektronów swobodnych
trwa krótko, do chwili, gdy natężenie pola elektrostatycznego zewnętrznego zrówna się z
natężeniem pola wewnętrznego. Z chwilą wyrównania się wartości natężeń pól elektrycznych,
Ez=Ew, wypadkowe natężenie pola w przewodniku staje się równe zeru. W przewodniku
znajdującym się w polu elektrycznym pole nie istnieje, a powierzchnia przewodnika staje się
powierzchnią ekwipotencjalną. Linie pola elektrycznego zewnętrznego są więc skierowane
prostopadle do powierzchni przewodnika.
• Indukcja elektrostatyczna. Zjawisko przemieszczania się elektronów swobodnych w przewodniku
umieszczonym w polu elektrycznym.
6. Elektryzowanie:
Polega na wytworzeniu w ciałach pierwotnie elektrycznie obojętnych nadmiaru ładunków
elektrycznych jednego znaku, dokonuje się tego poprzez:
• Pocieranie – . Zetknięcie dwóch różnych ciał o różnych energiach wiązania elektronów powoduje
przejście pewnej liczby elektronów z jednego ciała do drugiego, ponieważ elektrony dyfundują w
obszary o większej energii ich wiązania. Wzajemne pocieranie ułatwia ten proces poprzez
zwiększenie powierzchni styku ciał. Ciało, które utraciło część elektronów elektryzuje się dodatnio,
a ciało, które ma nadmiar elektronów - ujemnie. Całkowita suma ładunków obu ciał jest równa
zeru, tak jak przed naelektryzowaniem, ponieważ elektryzowanie polega na rozdzielaniu ładunków
dodatnich od ujemnych, a nie na ich wytwarzaniu.
• Indukcje elektrostatyczną – W celu naelektryzowania do przewodnika zbliża się naładowane ciało,
np. naładowaną laskę szklaną. Na powierzchni przewodnika indukują się ładunki ujemne i dodatnie.
Jeśli dotknąć teraz przewodnik ręką, to wskutek tego, że ciało człowieka przewodzi prąd, ładunki
dodatnie mogą się oddalić od przewodnika i wręcz go opuścić ( w rzeczywistości dostarczone są
ujemne elektrony). Po puszczeniu ręki przewodnik okaże się więc naładowany ujemnie. Jeśli proces
ten powtarzać, to można zwiększyć ładunek przewodnika, a więc i jego potencjał. Ładunki
indukowane w przewodniku pozostają rozsunięte tylko tak długo, jak długo działa pole
elektrostatyczne. Jednakże zjawisko indukcji można wykorzystać również do trwałego ładowania
przewodników. ( przewodnik w polu elektrostatycznym pkt.5!).