FIZYKA dla studentw POLIGRAFII Elektrostatyka adunek elektryczny adunek

FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Elektrostatyka

Ładunek elektryczny Ładunek jest skwantowany: Jednostką ładunku elektrycznego w układzie SI jest 1 kulomb (1 C). Ładunek przenoszony przez prąd elektryczny o natężeniu jednego ampera w czasie jednej sekundy. Ładunek elementarny: pozyton Prawo zachowania ładunku: foton elektron

Prawo Coulomba Ładunki q 1 i q 2 w odległości r w próżni: Przenikalność elektryczna próżni

Prawo Coulomba Siły przyciągające dla ładunków różnoimiennych Siły odpychające dla ładunków jednoimiennych Dla ładunków różnoimiennych iloczyn q 1 i q 2 jest ujemny.

Prawo Coulomba Siły kulombowskie od wielu ładunków: qi q 3 F 3 k qk q 2 F 2 k F 1 k Fik q 1 Ładunek qk otoczony przez N innych ładunków.

Natężenie pola elektrycznego Natężenie – siła działająca na ładunek jednostkowy: Jednostka natężenia: 1 N/C q 0 - ładunek próbny Wersor wskazujący kierunek wektora E

Linie sił pola elektrycznego

Pole elektryczne Zasada superpozycji pól:

Pole elektryczne Dla ciągłego rozkładunku definiujemy: Gęstość liniową ładunku: Gęstość powierzchniową: Gęstość objętościową:

Pole elektryczne Pole ładunku rozłożonego w sposób ciągły: dq – ładunek punktowy Dipol elektryczny: + +q -q

Praca sił pola elektrycznego - wektor wodzący ładunku q 0 - wersor

Praca sił pola elektrycznego Praca wynosi zero, kiedy punkt końcowy pokrywa się z punktem początkowym (przemieszczenie po drodze zamkniętej). Energia potencjalna: Gdy to U const Przyjmujemy const = 0

Potencjał pola elektrycznego Potencjał pola – energia potencjalna ładunku jednostkowego umieszczonego w danym punkcie pola: Dla układu N ładunków:

Potencjał pola elektrycznego Potencjał w danym punkcie pola równy jest liczbowo pracy jaką wykonują siły pola przy przesunięciu jednostkowego ładunku dodatniego z tego punktu do nieskończoności. Jednostką potencjału jest wolt (1 V). Jest to potencjał w takim punkcie pola do którego przesunięcie ładunku 1 C wymaga pracy równej 1 J. 1 V=1 J/1 C

Potencjał a natężenie pola elektrycznego Jeśli wektory E i r mają zgodne kierunki:

Potencjał a natężenie pola elektrycznego Natężenie pola = -(gradient potencjału) Pole elektrostatyczne jest polem potencjalnym.

Potencjał pola elektrycznego + - + + + - Linie pola i powierzchnie ekwipotencjalne jednorodnego pola sił. - Przestrzenny wykres energii potencjalnej jednorodnego pola sił.

Strumień wektora natężenia pola

Strumień wektora natężenia pola E q E E E

Strumień wektora natężenia pola Strumień pola elektrycznego przez powierzchnię d. Sn - projekcja elementu powierzchni d. S odległej o r od ładunku q na powierzchnię prostopadłą do prostej przechodzącej przez ładunek i tę powierzchnię kąt bryłowy równy:

Prawo Gaussa Dla n ładunków wewnątrz powierzchni S: Strumień wektora natężenia pola elektrycznego przez dowolną powierzchnię zamkniętą równy jest algebraicznej sumie ładunków obejmowanych przez tę powierzchnię, podzielonej przez Dla ciągłego rozkładunku:

Prawo Gaussa Strumień wektora natężenia pola suma ładunków obejmowanych przez powierzchnię Animacje: http: //phys 23 p. sl. psu. edu/phys_anim/EM/indexer_EM. html

Jednorodnie naładowana powierzchnia kuli Gęstość powierzchniowa R Dla punktów na zewnątrz sfery: Dla punktów wewnątrz sfery: E=0

Jednorodnie naładowana kula Gęstość objętościowa R r Dla punktów wewnątrz kuli:

Jednorodnie naładowana kula R Dla punktów na zewnątrz kuli:

Pole ładunku sferycznie-symetrycznego Jednorodnie naładowana kula Jednorodnie naładowana powierzchnia kuli

Przewodniki w polu elektrycznym - E - + + + E=0 E E Objętość przewodnika i jego powierzchnia stanowią obszary ekwipotencjalne. Niezrównoważone ładunki elektryczne rozłożone są jedynie na powierzchni przewodnika. + + +

Natężenie pola w pobliżu powierzchni przewodnika

Generator Van de Graaffa Można osiągnąć różnicę potencjałów pomiędzy czaszą a ziemią rzędu milionów wolt.

Pojemność elektryczna Potencjał przewodnika jest proporcjonalny do zgromadzonego na nim ładunku. 1 F = 1 C/1 V Analogia:

Pojemność elektryczna kuli Kula z przewodnika o promieniu R R Na zewnątrz kuli:

Pojemność elektryczna Obecność innych przewodników zmniejsza potencjał. . i zwiększa pojemność. Kondensator – gromadzi duży ładunek przy niewielkiej różnicy potencjałów. +q -q

Kondensator d S Dla pola jednorodnego: +q -q

Kondensatory Równoległe połączenie kondensatorów

Kondensatory Szeregowe połączenie kondensatorów

Dielektryki dielektryk Kondensator o pojemności C 0 +q CC 0 > C 0 -q stała dielektryczna lub względna przenikalność elektryczna dielektryka

Dielektryki + Moment dipolowy cząsteczki dielektryka: Jeśli l = 0 – dielektryk niepolarny (np. H 2, N 2, O 2) W obecności pola elektrycznego ładunki rozsuwają się. dipol sprężysty polaryzowalność cząsteczkowa dielektryka

Dielektryki niepolarrne

Dielektryki polarne dielektryk polarny: Moment dipolowy różny od 0 w nieobecności pola elektrycznego np. H 2 O lub HCl

Dielektryki polaryzacja dielektryka: elektronowa jonowa dipolowa

Dielektryki wektor polaryzacji dielektryka: n – liczba cząsteczek w objętości d. V Dla dielektryka niepolarnego: - podatność elektryczna dielektryka

Dielektryki

Pole elektryczne w dielektryku stosujemy prawo Gaussa: E – pole w dielektryku S – powierzchnia kondensatora Dla kondensatora próżniowego

Pole elektryczne w dielektryku

Pole elektryczne w dielektryku Wektor indukcji elektrycznej Wektor polaryzacji

Ferroelektryki