FIZYKA 3

ELEKTRYKA. Pole elektrostatyczne

WPROWADZENIE

Znane są trzy rodzaje pól w przyrodzie: grawitacyjne, magnetyczne i elektryczne. To ostatnie występuje pod postacią pola statycznego, np. między naładowanymi okładkami kondensatora, bądź pola elektromagnetycznego, jakim jest np. fala radiowa.

Pole wykazuje zdolność do wykonania pracy. Samo też powstaje dzięki pracy, np. wskutek pocierania. Źródłem pola są ładunki elektryczne. Są one dwu rodzajów, dodatnie i ujemne. Te pierwsze uzyskujemy np. przez potarcie szkła skórą, te drugie - przez potarcie ebonitu futrem. Duże naturalne pole elektrostatyczne występuje między elektrodami ogniwa galwanicznego lub akumulatora, który wcześniej został naładowany prądem z prostownika.

Ładunki elektryczne zatrzymują się tylko w izolatorach. Przewodniki, jak miedź, żelazo i inne powodują szybki przepływ ładunków z jednego ciała do drugiego i zniknięcie pola.

PRAWO COULOMBA

Prawo Coulomba mówi, że dwa ciała naładowane oddziałują na siebie proporcjonalnie do ich ładunków i odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości między nimi

Współczynnik stały w powyższym wzorze wynosi 9 x 10⁹. Dotyczy to układu MKS i jednostek: Newton dla siły, kulomb C dla ładunku, metr dla odległości.

ELEKTRYZOWANIE PRZEZ INDUKCJĘ

W każdym ciele znajdują się ładunki elektryczne, tylko zwykle są one w stanie równowagi: występuje tyle samo ładunków ujemnych, co dodatnich. Zbliżenie naładowanego ciała powoduje wtedy odsunięcie ładunków, np. ujemnych, jeśli przyłożymy ciała o ładunkach ujemnych. Proces taki nazywamy indukcją.

NATĘŻENIE POLA

Natężenie pola mierzy się siłą wywieraną na mały ładunek próbny q

Pole E jest wektorem. Jego kierunek jest zgodny z kierunkiem siły wywieranej na ładunek, F.

NAPIĘCIE POLA

Napięcie będziemy określać poprzez pracę, np. wykonaną w polu przy przemieszczaniu ładunku próbnego z punktu A do B. Dla prostej i relatywnie krótkiej drogi d praca ta L=qEd. Wtedy napięcie wyrazi się stosunkiem L do q, czyli U=Ed. Napięcie pola wyraża się w voltach, jako iloraz dżula do kulomba.

OGNIWA GALWANICZNE

Zespół dwu płytek z różnych metali, np. węgiel i miedź, zanurzonych w roztworze kwasu, zasady lub soli nazywamy ogniwem galwanicznym. Za pomocą elektroskopu lub woltomierza możemy wtedy stwierdzić występowanie różnicy potencjałów od 1V do 2V, zależnie od materiałów.

POJEMNOŚĆ ELEKTRYCZNA

Jest to stosunek naboju do potencjału, C=Q/U. Mierzy się w Faradach. Pojemności elektrycznej nie należy mylić z pojemnością ogniwa, która mierzy się ładunkiem, albo prądem razy czas, np. 1Ah [amperogodzina].

POEMNOŚĆ KONDENSATORA PLASKIEGO

C=S/4πd, gdzie S powierzchnia płyt [cm²], d - odległość [cm], stąd C [cm]. Jeśli chcemy wyrazić pojemność w Faradach, to C'=ε₀S/d, gdzie ε₀=1/36π10⁹

Zadania

1. Jaki ładunek znajduje się na okładce kondensatora 2000 pF naladowanego do napięcia 3000 V. Odp. 6 x 10^-6 C

2. Jaka jest energia kondensatora 2 uF naładowanego do napięcia 2000 V? Odp. 4 J (CU²/2)

E=CUU/2=2 x 10^-6 4 x 10⁶/2 [Ws]=4 Ws=4 J

---