Transcript ELEKTROSTATYKA I

Ładunek elektryczny
Ładunek elektryczny jest nieodłączną właściwością cząstek
elementarnych, z których składają się wszystkie ciała.
W przyrodzie mamy do czynienia z
dwoma rodzajami ładunków:
- dodatnie
- ujemne
Ładunki jednoimienne odpychają
się, a różnoimienne przyciągają
się.
Ładunek
elementarny
Ładunek elektryczny, występuje w postaci określonych
"porcji" - mówimy, że wielkość ta jest skwantowana .
Najmniejsza porcja ładunku elektrycznego – ładunek
elementarny – jest to ładunek elektronu :
q  1, 6  10
 19
C
W układzie SI jednostką ładunku jest kulomb (C).
Jest to ładunek przenoszony przez prąd o natężeniu 1 ampera w czasie
1 sekundy 1 C = 1 A·s.
Zasada zachowania ładunku elektrycznego:
Wypadkowy ładunek elektryczny w układzie
zamkniętym jest stały.
Każde dwa ładunki punktowe q1 i q2 oddziaływają wzajemnie
siłą wprost proporcjonalną do iloczynu tych ładunków, a
odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości r między
nimi.
F k
q1  q 2
r
2
k 
1
4  o  r
 o  8 ,85  10
r
12
C
- współczynnik proporcjonalności
2
N m
2
- przenikalność elektryczna powietrza i próżni
- względna przenikalność elektryczna ośrodka
F 
1
4 o  r
q1  q 2
r
2
Dla powietrza i próżni współczynnik k:
k  9  10
9
Nm
C
2
2
Pole elektryczne
Pole elektryczne jest polem wektorowym. Wielkością, która
charakteryzuje to pole jest natężenie pola E
Natężenie pola elektrycznego jest to iloraz siły działającej
na ładunek próbny q (umieszczony w danym punkcie
przestrzeni) i wartości tego ładunku.
E 
F
qo
E 
1
q
4  o  r r
dla ładunku
punktowego
2
Linie pola elektrostatycznego
Są to linie, do których
wektor E jest styczny
w każdym punkcie.
Linie sił zaczynają się
zawsze na ładunkach
dodatnich, a kończą na
ładunkach ujemnych.
Ładunki jednoimienne
Ładunki różnoimienne
( dipol elektryczny )
Siła elektrostatyczna F i natężenie pola E w pobliżu
nieprzewodzącej płyty o jednej powierzchni jednorodnie
naładowanej ładunkiem dodatnim.
Strumień pola elektrycznego:
  ES
Strumień Ф pola elektrycznego przez powierzchnię S
definiujemy jako iloczyn skalarny wektora powierzchni S
i wektora natężenia pola elektrycznego E.
Całkowity strumień przechodzący przez rozciągłą
powierzchnię S:  
E  dS

 
 E  dS
S
Prawo Gaussa:

EdS 
Q wewn
.
o
Całkowity strumień pola elektrycznego przez
zamkniętą powierzchnię jest więc równy
całkowitemu ładunkowi otoczonemu przez tę
powierzchnię podzielonemu przez ε0.
Energia potencjalna w polu
elektrycznym
Różnica energii potencjalnej jest równa pracy (ze znakiem
minus) wykonanej przez siłę zachowawczą przy
przemieszczaniu ciała:
B
E pB  E pA  W    Fdr
F  Eq
A
r
E p   q  Edr

Ep  k
Q q
r
Potencjał elektryczny
Potencjał elektryczny definiujemy jako energię
potencjalną pola elektrycznego podzieloną przez
jednostkowy ładunek.
V 
Ep
q
V 
kQ
r
Jednostką potencjału elektrycznego jest wolt - V
1V 
1J
1C
Powierzchnia ekwipotencjalna
Powierzchnię ekwipotencjalna tworzą punkty
pola elektrostatycznego o jednakowym
potencjale
Napięcie elektryczne
Praca wykonana przez siłę zewnętrzną:
W  q  V
Różnica potencjałów między dwoma punktami A i B jest równa
pracy potrzebnej do przeniesienia w polu elektrycznym
ładunku jednostkowego (próbnego) q pomiędzy tymi
punktami.
VB  V A  U  
W AB
q
B
   Edr
A