Transcript Document
POTENCJAŁ ELEKTRYCZNY Elektryczna energia potencjalna • Jeżeli siła elektrostatyczna działa w jakimś układzie cząstek, między dwiema lub większą liczbą cząstek naładowanych, to układowi można przypisać elektryczną energię potencjalną Ep. • Jeśli układ zmienia swoją konfigurację ze stanu początkowego do innego stanu końcowego, to siła elektrostatyczna wykonuje pracę W nad cząsteczkami. • Zmiana energii potencjalnej Ep układu: E p E p końo E p pocz W Potencjał elektryczny • Energia potencjalna cząstki naładowanej w polu elektrycznym zależy od wartości ładunku cząstki. • Jednak energia potencjalna przypadająca na jednostkowy ładunek w dowolnym punkcie pola elektrycznego – potencjał elektryczny V - ma wartość niezależną od ładunku w tej części. V Ep q V E p q Potencjał elektryczny a natężenie pola P q0 ds q0 E K Potencjał elektryczny a natężenie pola dW F ds dW q0 E ds E ds koniec W q0 P q0 ds pocz V E p q0 W q0 V E ds koniec pocz q0 E K • Potencjał pola ładunku punktowego • Potencjał pola układu ładunków • Potencjał pola dipola elektrycznego • Potencjał pola ładunku o rozkładzie ciągłym V V V V 1 q 40 r 1 40 n qi i 1 i r q d cos 40 r 1 dq 40 r 2 Natężenie pola a potencjał elektryczny • Gdy pole elektryczne jest jednorodne E V s Pojemność elektryczna - kondensatory • Kondensatory służą (służyły) do magazynowania energii w postaci energii potencjalnej w polu elektrycznym (np.. W lampie błyskowej). • Obecnie kondensatory pełnią ważną rolę w układach służących do dostrajania nadawczej i odbiorczej aparatury radiowej i telewizyjnej. • Mikroskopijne kondensatory pełnią rolę pamięci (ważna jest informacja binarna [0,1] a nie ilość zmagazynowanej energii). • Pojemność kondensatora [farad 1f = 1 C/V] q CU • Pojemność kondensatora płaskiego C 0S d • Kondensatory połączone równolegle + - U +q2 +q3 U -q3 C1 -q2 C2 + - +q U q 1 C 1U +q1 U -q1 C3 q q1 q 2 q 3 C 1 C 2 C 3 U U C rw U -q q 3 C 3U q 2 C 2U Crw q U C1 C 2 C 3 • Kondensatory połączone szeregowo U1 +q -q C1 + - U1 +q U -q C2 U2 +q U -q U3 U2 C1 q U3 C2 q C3 1 U U 1 U 2 U 3 q C1 C 2 C 3 U Crw 1 +q -q C3 + - q C rw 1 C1 1 C2 1 C3 Energia zmagazynowana w polu elektrycznym (defibrylator medyczny) • Praca wykonana przy ładowaniu kondensatora zostaje zmagazynowana w postaci elektrycznej energii potencjalnej Ep. Ep q 2 2C 1 2 CU 2 • Defibrylator medyczny • Kondensator o pojemności 70 F naładowany jest do 5000V. • Energia zmagazynowana w kondensatorze: Ep 1 CU 2 2 1 2 70 10 6 F 5000 V 2 875 J • Około 200 J tej energii jest przekazywane człowiekowi podczas impulsu trwającego 2 ms. • Moc impulsu wynosi: P Ep t 200 J 2 10 s -3 100 kW Kondensatory z dielektrykiem • Dielektryk, izolator elektryczny – materiał, w którym bardzo słabo przewodzony jest prąd elektryczny. r • W obszarze wypełnionym całkowicie materiałem dielektrycznym w względnej przenikalności dielektrycznej r wszystkie równania elektrostatyki, zawierające przenikalność elektryczną próżni 0 należy zmodyfikować, zastępując 0 przez r 0. E 1 q 4r 0 r 2