Wyniki testu

Elektromagnetyzm

bursztyn (gr.

electron

) magnetyt (gr.

magnetite

)

Ładunek elektryczny

Ładunek dodatni i ujemny

Istnieją dwa rodzaje ładunku: ładunek dodatni i ładunek ujemny.

Jeżeli ciało zawiera jednakowe ilości ładunku dodatniego i ładunku ujemnego, jest elektrycznie obojętne.

Jeżeli dwa rodzaje ładunku nie równoważą się, to jest naładowane elektrycznie.

Określenie „dodatni” i „ujemny” zostało wprowadzone przez Benjamina Franklina

Oddziaływanie ładunków

Ładunki elektryczne o takich samych znakach odpychają się, a ładunki elektryczne o przeciwnych znakach się przyciągają

Przewodniki i izolatory

W przewodnikach istnieją ładunki swobodne, tzn. ładunki, które mogą swobodnie się poruszać. Dobrymi przewodnikami są metale. W metalach ładunkami swobodnymi są tzw. elektrony przewodnictwa.

W izolatorach elektrony są bardzo dobrze ‘trzymane’ w atomach. Nie ma w nich (lub jest bardzo mało) elektronów przewodnictwa. Dobrymi izolatorami jest szkło, chemicznie czysta woda, plastik. Półprzewodniki są materiałami pośrednimi pomiędzy przewodnikami i izolatorami. Poruszające się elektrony, zostawiają za sobą ‘dziury’. ‘Dziury’ zachowują się jak dodatnio naładowane nośniki, mimo, że poruszają się tylko elektrony. Znanymi półprzewodnikami jest krzem i german.

Oddziaływanie ładunków kserokopiarka

1. Naładowany ujemnie bęben jest pokryty substancja, przewodzącą pod wpływem światła.

2. Lampa oświetla dokument, światło odbite od jasnych miejsc padają na substancję przewodzącą. W wyniku przewodzenia, miejsca oświetlone stają się obojętne elektrycznie. Miejsca nie oświetlone, odpowiadające ciemnym obszarom dokumentu pozostają naładowe ujemnie. Na bębnie powstaje ‘obraz’ dokumentu.

3. Naładowany dodatnio toner jest przyciągany do miejsc ujemnie naładowanych (‘ciemnych’).

4. Obraz złożony z tonera na powierzchni bębna jest przenoszony na papier o ładunku bardziej ujemnym niż bęben. Toner jest wtapiany i wklejany w papier poprzez ciepło i wałki.

Prawo Coulomba

Jeżeli dwie naładowane cząstki o ładunkach q1 i q2 znajdują się w odległości r, to siła elektrostatyczna przyciągania między nimi ma wartość:

F



k q

1

r

2

q

2 (prawo Coulomba) k – stała elektrostatyczna

k

 1 4  0  8 .

99 * 10 9 Nm 2 /C 2  0 – przenikalność dielektryczna próżni Jednostką ładunku jest kulomb C. C = A* s

Ładunek jest skwantowany

Każdy ładunek

q

, dodatni lub ujemny jest całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego

e

.

Możemy zapisać:

q

=

ne n

= ± 1, ± 2, ± 3, ....

Ładunek elementarny

e

ma wartość:

e

= 1.6 * 10 -19 C

Ładunek jest zachowany

W dowolnym odosobnionym układzie ładunek elektryczny jest zachowany.

Przykłady: anihilacja kreacja pary

Pole elektryczne

Pole elektryczne jest polem wektorowym. Jego opis wymaga podania wektora dla każdego punktu w przestrzeni.

Natężenie pola elektrycznego

E

ładunek próbny.

w punkcie

P

znajdujemy umieszczając dodatni ładunek próbny

q 0

w tym punkcie, a następnie mierzymy siłę elektrostatyczną

F

, która działa na 

E

 

F q

0

Linie pola elektrycznego

Pole elektryczne można przedstawić graficznie za pomocą linii sił pola elektrycznego.

Związek między liniami pola i wektorami natężenia pola elektrycznego: •w dowolnym punkcie kierunek linii pola określa kierunek wektora

E

•liczba linii sił na jednostkę powierzchni jest proporcjonalna do wartości wektora

E

Linie pola elektrycznego

Przykłady linii sił pola elektrycznego:

Pole elektryczne ładunku punktowego

Aby znaleźć pole elektryczne ładunku punktowego dodatni ładunek próbny

q 0

. Z prawa Coulomba:

q

, w dowolnej odległości r, umieszczamy w szukanym punkcie

F



k q r

2

q

0 Siła F jest skierowana od ładunku

q

ładunku

q

jeśli jest ujemny.

jeśli jest on dodatni i do Wartość natężenia pola elektrycznego:

E



F q

0 

k q r

2

Pole elektryczne n ładunków punktowych

Aby znaleźć pole elektryczne n ładunków punktowych

q1, q2, ...,qn

, umieszczamy w szukanym punkcie dodatni ładunek próbny

q 0

. Siła wypadkowa działająca na ładunek próbny jest wektorową sumą sił od wszystkich ładunków:

F

=

F1

+

F2

+ ...+

Fn

Wypadkowe natężenie pola elektrycznego: 

E

 

F q

0  

F q

0 1  

F q

0 2  ...

 

F n q

0  

E

1  

E

2  ...

 

E n

jest wektorową sumą pól od wszystkich ładunków.

Dipol elektryczny

Dipol elektryczny składa się z dwóch naładowanych cząstek o ładunkach q i –q.

Pola dipola elektrycznego:

E



k q r

( 2  ) 

k q r

( 2  )

Cząsteczka wody

Ze względu na asymetrię w budowie, cząsteczka wody jest dipolem elektrycznym.

napięcie powierzchniowe

Dipolowa natura cząsteczki wody

rozpuszczanie kuchenki mikrofalowe

Ładunek w polu elektrycznym

Na ładunek punktowy q znajdujący się w zewnętrznym polu elektrycznym E, działa siła elektrostatyczna:

F

=

qE

Strumień

Przez kwadratową ramkę o polu powierzchni S przepływa strumień powietrza o stałej prędkości

v

. Jaka będzie objętość przepływająca przez ramkę w jednostce czasu?

vt F = vtS/t=vS

S v

Strumień cd

S

vcos q q Strumień pola prędkości

v

przez powierzchnię

S

, wynosi: F = vcos q S =

v

*

S

Wektor powierzchni

S

ma wartość równą polu powierzchni i jest skierowany prostopadle do powierzchni.

Strumień pola elektrycznego

Rozważmy powierzchnię Gaussa w polu elektrycznym.

1.Powierzchnia jest podzielona na małe kwadraty o polu powierzchni D S. 2. Wektory D

S

kąt q.

i

E

dla każdego kwadratu tworzą pewien 3. Strumień pola elektrycznego dla powierzchni Gaussa otrzymujemy dodając strumienie przez powierzchnie D

S

: F   

E

 D

S

 Strumień elektryczny F powierzchnię Gaussa przenikający przez zamkniętą  F   

E



d S

 oznacza, że całkę obliczamy po całej (zamkniętej) powierzchni.

Prawo Gaussa

Prawo Gaussa podaje związek między strumieniem całkowitym ładunkiem

q wewn

F pola elektrycznego przenikającym przez zamkniętą powierzchnię i zawartym wewnątrz tej powierzchni.

 0 F =

q wewn

 0  

E



d S

 

q wewn

Carl Friedrich Gauss (1777 - 1855)

Prawo Gaussa a prawo Coulomba

Pole ładunku punktowego za pomocą prawa Gaussa  0  

E



d S

 

q wewn

Kąt pomiędzy wektorami d

S

zeru, a ładunek wynosi q : i

E

jest równy  0 

E



dS



q

Z symetrii, E ma taką samą wartość na całej powierzchni:  0

E



dS



q

Prawo Gaussa a prawo Coulomba

Suma elementów dS po całej powierzchni jest równa polu powierzchni sfery: 

dS

 4 

r

2 Z prawa Gaussa dostajemy:  0

E

4 

r

2 

q

Czyli:

E



q

4  0

r

2 to samo, co z prawa Coulomba!