ELEKTROSZTATIKA 1-ppt
Download
Report
Transcript ELEKTROSZTATIKA 1-ppt
ELEKTROSZTATIKA 1
KÉSZÍTETTE: SZOMBATI EDIT
ELEKTROSZTATIKA 1
1. ELEKTROMOSSÁG A MINDENNAPOKBAN
Zivatarok idején egy-egy felhőben óriási
mennyiségű töltések halmozódnak fel,
amelyek villámkisüléssel semlegesítődnek.
Amikor egy hosszabb autós utazás után kiszállunk az
autóból és kisszállás közben hozzáérünk az autó fém
karosszériájához, az megráz minket.
Egy kötött pulóver levetése közben a
hajunk odatapad a pulóverhez, esetleg
pattogást hallunk, illetve sötétben még apró
kisüléseket is láthatunk.
ELEKTROSZTATIKA 1
2. ELEKTROMOS ALAPJELENSÉGEK
Ha egy műanyag rudat szőrmével megdörzsölünk,
akkor a műanyag rúd apró testeket magához vonz.
Hasonlóan, egy bőrrel dörzsölt üvegrúd is magához
vonzza a környezetében lévő apróbb testeket.
Ha egy szőrmével dörzsölt műanyag rudat felfüggesztek, majd a
rúdhoz egy másik, bőrrel dörzsölt műanyag rudat közelítek, akkor a
felfüggesztett műanyag rúd a másik rúd felé lendül ki.
Ha a szőrmével dörzsölt felfüggesztett rúdhoz egy szintén
szőrmével dörzsölt rúddal közelítek, akkor a felfüggesztett rúd
ellenkező irányba lendül.
ELEKTROSZTATIKA 1
3. TÖLTÉS ÉS ELEKTROMOS ÁLLAPOT
Már az ókorban megfigyelték, hogy a megdörzsölt borostyánkő
maga körül megváltoztatja a teret és apróbb tárgyakat magához
vonz.
A testeket dörzsöléssel tudjuk elektromos állapotba hozni. Dörzsölés
során az egyik test atomjainak vegyérték héjáról elektronok szakadnak le és lépnek át a másik testre. Így az egyik testen elektrontöbblet,
a másik testen elektronhiány alakul ki.
Ha egy műanyag rudat szőrmével dörzsölünk, a szőrméről
elektronok lépnek át a rúdra, így a műanyag rúd negatív, a szőrme
pozitív elektromos állapotba kerül. He egy üveg rudat bőrrel
dörzsölünk, akkor az üvegrúdról elektronok lépnek át a bőrre, így
az üvegrúd pozitív, a bőr negatív elektromos állapotba kerül.
ELEKTROSZTATIKA1
3. TÖLTÉS ÉS ELEKTROMOS ÁLLAPOT
Az elektromos állapotot és így az elektromos teret töltések idézik
elő. Az elektromos tér pedig a töltésre hat.
Kétféle töltést különböztetünk meg: pozitív és negatív.
Az elektron töltése negatív, a proton töltése pozitív.
Az atom belsejében ugyanannyi elektron van mint proton, így az
atomban ugyanannyi a negatív töltés, mint a pozitív.
Ha egy testen ugyanannyi negatív töltés van, mint pozitív, akkor azt
mondjuk, hogy a test semleges. A körülöttünk lévő testek általában
semlegesek.
Ha egy testen több a negatív töltés, mint a pozitív, akkor negatív
elektromos állapotú, ellenkező esetben pozitív elektromos állapotú.
ELEKTROSZTATIKA 1
3. TÖLTÉS ÉS ELEKTROMOS ÁLLAPOT
A töltés, mint fizikai mennyiség, jele: Q, mértékegysége: C (culomb)
Az elektron töltése: qe=-1,6∙10-19C, a proton töltése: qp=1,6∙10-19C.
Az 1,6∙10-19C nagyságú töltést elemi töltésnek nevezzük.
Az 1 C töltés nagy mennyiségű töltést jelent, 6,25 trillió elektron, illetve
proton töltésével egyezik meg.
Egy villámkisüléskor is mindössze néhány C töltés semlegesítődik a
felhőben.
ELEKTROSZTATIKA 1
4. TÖLTÉSEK KÖZÖTTI ERŐ
Két töltés mindig erővel hat egymásra:
Azonos töltések taszítják egymást, különböző töltések vonzzák egymást.
A taszító, illetve a vonzó erő értelmezése:
A töltés létrehoz maga körül egy elektromos teret és ez az elektromos
tér taszító vagy vonzó erővel hat egy másik töltésre.
A töltések közötti erő nagyságát a COULOMB TÖRVÉNY
fogalmazza meg:
ahol Q1 , Q2 a töltések, r a töltések közötti távolság,
k pedig arányossági tényező, értéke: k=9∙109 Nm2/C2
ELEKTROSZTATIKA 1
3. TÖLTÉSEK KÖZÖTTI ERŐ
A töltések között fellépő erő iránya azonos és különböző töltések
között:
Coulomb törvény igazolása TORZIÓS INGÁval:
Az ingában lévő két fémgolyó közül az egyik
rögzített, a másik a fémszállal együtt el tud fordulni.
Ha a két fémgolyóra azonos töltést viszünk, a taszító
hatás miatt a fémszál elfordul. Az elfordulás
mértékéből az Coulomb erő nagyságát ki lehet
számolni.
ELEKTROSZTATIKA 1
5. FELADATOK
1) Mekkora erővel taszítja egymást két 1C nagyságú töltés 1 méter
távolságból?
ELEKTROSZTATIKA 1
5. FELADATOK
2) Mekkora annak a két, azonos előjelű töltésnek a nagysága,
amelyek 1 méter távolságból 1 N erővel taszítják egymást?
ELEKTROSZTATIKA 1
5. FELADATOK
3) Mekkora erővel taszítja egymást egy 5∙10-5C nagyságú töltés és
egy 6∙10-5C nagyságú töltés 20 cm távolságból ?
ELEKTROSZTATIKA 1
5. FELADATOK
4) Egy 30 cm hosszú szakasz két végpontjába egy-egy 4∙10-5C
nagyságú töltést helyezünk. Mekkora erő hat a szakasz
felezőpontjába helyezett 10-5C nagyságú töltésre ?
ELEKTROSZTATIKA 1
5. FELADATOK
5) Egy 20 cm hosszú szakasz egyik végpontjába egy 4∙10-5C
nagyságú töltést, másik végpontjába egy - 4∙10-5C helyezünk.
Mekkora erő hat a szakasz felezőpontjába helyezett 10-5C
nagyságú töltésre ?
ELEKTROSZTATIKA 1
5. FELADATOK
6) Egy 10 cm hosszú szakasz egyik végpontjába egy 4∙10-5C
nagyságú töltést, másik végpontjába egy - 5∙10-5C helyezünk.
Mekkora erő hat a szakasz felezőpontjába helyezett 10-5C
nagyságú töltésre ?
ELEKTROSZTATIKA 1
6. ELEKTROMOS TÉR SZEMLÉLTETÉSE ERŐVONALAKKAL
Az elektromos tér nem látható, ezért szemléltetjük.
A szemléltetés egyik eszköze az ELEKTROMOS ERŐVONALAK.
Az elektromos erővonalak irányított görbék, melyek a
pozitív töltésekből indulnak ki és negatív töltéseken
végződnek.
Az erővonalak sűrűsége az elektromos tér nagyságára utal:
ahol sűrűbb ott nagyobb az elektromos tér, ahol ritkább, ott
kisebb.
Az erővonalak nem metszhetik egymást.
ELEKTROSZTATIKA 1
6. ELEKTROMOS TÉR SZEMLÉLTETÉSE ERŐVONALAKKAL
NÉHÁNY NEVEZETES TÖLTÉSELRENDEZŐDÉS ELEKTROMOS TERE
PONTTÖLTÉS ELEKTROMOS TERE
A pozitív és negatív ponttöltés elektromos tere sugaras
elrendezésű. A pozitív ponttöltésből kifelé mutatnak az
erővonalak (a) , a negatív ponttöltésbe pedig befelé (b).
A pozitív ponttöltést az elektromos tér FORRÁSÁnak, a negatív
ponttöltést az elektromos tér NYELŐJÉnek mondjuk.
ELEKTROSZTATIKA 1
6. ELEKTROMOS TÉR SZEMLÉLTETÉSE ERŐVONALAKKAL
DIPÓLUS ELEKTROMOS TERE
Dipólus alatt egymás közelébe helyezett pozitív és negatív
töltést értünk. Ezek egymás elektromos terét az ábrán látható
módon torzítják el. Az elektromos térből jól látszik, hogy a két
különböző töltés vonzza egymást.
ELEKTROSZTATIKA 1
6. ELEKTROMOS TÉR SZEMLÉLTETÉSE ERŐVONALAKKAL
KÉTÓLUS ELEKTROMOS TERE
Kétpólus alatt két, egymás közelébe helyezett azonos töltést
értünk. Ezek egymás elektromos terét az ábrán látható módon
torzítják el. Az erővonalrendszerből jól látszik, hogy a két
azonos töltés taszítja egymást.
ELEKTROSZTATIKA 1
6. ELEKTROMOS TÉR SZEMLÉLTETÉSE ERŐVONALAKKAL
HOMOGÉN ELEKTROMOS TÉR ELEKTROMOS TERE
Homogén elektromos tér alatt egy olyan elektromos teret
értünk, amelynek minden pontjában ugyanolyan erősségű az
elektromos tér. A homogén elektromos teret párhuzamos
erővonalakkal szemléltetjük.
Homogén elektromos tér egy feltöltött fémlemez körül, illetve
két, különböző töltésű fémlemez között alakul ki.
ELEKTROSZTATIKA 1
7. ELEKTROMOS TÉR SZEMLÉLTETÉSE TÉRERŐSSÉG VEKTORRAL
Az elektromos tér szemléltetésének másik eszköze az
ELEKTROMOS TÉRERŐSSÉG VEKTOR.
Megmutatja, hogy mekkora erő hat az 1 C nagyságú
töltésre az elektromos tér egy adott pontjában.
Jele: E, képlete: E=F/Q, mértékegysége: N/C.
1 N/C a térerősség az elektromos tér egy adott pontjában,
ha az oda helyezett 1 C nagyságú töltésre 1 N erő hat.
A térerősség vektor iránya a töltésre ható erő irányával
egyezik meg. Továbbá a térerősség vektor iránya az
erővonalak érintőjének irányába mutat.
ELEKTROSZTATIKA 1
7. ELEKTROMOS TÉR SZEMLÉLTETÉSE TÉRERŐSSÉG VEKTORRAL
A PONTTÖLTÉS ÉS A DIPÓLUS ELEKTROMOS TERÉNEK
SZEMLÉLTETÉSE TÉRERŐSSÉG VEKTORRAL
A töltéshez közel nagyobb az elektromos tér erőssége, amelyet
nagyobb térerősség vektor jelez, a töltéstől távol kisebb az
elektromos tér erőssége, amelyet kisebb térerősség vektor jelez.
ELEKTROSZTATIKA 1
8. PONTTÖLTÉS ELEKTROMOS TERÉT LEÍRÓ KÉPLET
A Q ponttöltéstől r távolságra az elektromos térerősség vektor
nagyságát az alábbi képlet írja le. A képletből jól látható,
hogy a töltéstől azonos távolságra a térerősség ugyanakkora,
illetve a töltéstől távolodva az
Elektromos erősége jóval kisebb.
ELEKTROSZTATIKA 1
9. FELADATOK
1) Mekkora az elektromos térerősség nagysága és iránya a 4∙10-5C
nagyságú töltéstől 10 cm, 20 cm, illetve 30 cm távolságban ?
ELEKTROSZTATIKA 1
9. FELADATOK
2) a) Mekkora az elektromos térerősség nagysága és iránya a
-6∙10-5C nagyságú töltéstől 20 cm távolságban ?
b) Mekkora, és milyen irányú erő hat az ebbe a pontba helyezett
2∙10-5C nagyságú töltésre?
ELEKTROSZTATIKA 1
9. FELADATOK
3) a) Mekkora annak a töltésnek a nagysága, amelytől 20 cm
távolságban lévő A pontban az elektromos térerősség nagysága
1800 N/C ?
b) Mekkora ettől a töltéstől 30 cm távolságra lévő B pontban az
elektromos térerősség nagysága?
c) Mekkora és milyen irányú erő hat a B pontba helyezett -10-5C
töltésre?
ELEKTROSZTATIKA 1
10. ELEKTROMOS FLUXUS
Egy adott felületet tudunk azzal jellemezni, hogy a felületen hány
erővonal halad át.
Egy adott A felületen áthaladó erővonalak száma a fluxus.
Jele: , mértékegysége: N∙m2/C, képlete: =E∙A.
Egy zárt felületre vonatkozó fluxust a zárt felület teljes fluxusának
nevezzük.
A fluxus jelentősége GAUSS I. TÖRVÉNYÉnél van, amely kimondja:
Egy zárt felület teljes fluxusa csak a zárt felület által határolt
térrészben elhelyezkedő töltéstől függ.
ELEKTROSZTATIKA 1
11. VEZETŐK ÉS SZIGETELŐK
Elektromos szempontból az anyagok lehetnek VEZETŐK és
SZIGETELŐK.
A vezető anyagokban szabadon mozgó elektronok vannak,
ilyenek a fémek: réz, arany, alumínium, vas, stb.
A szigetelő anyagokban nincsenek szabadon mozgó
elektronok, így például az üveg, porcelán, műanyag.
A vezető és szigetelő anyagok különböző módon viselkednek az
elektromos térben.
ELEKTROSZTATIKA 1
11. VEZETŐK ÉS SZIGETELŐK
Ha a vezető anyagot elektromos térbe helyezzük, akkor a
szabadon mozgó elektronjait az elektromos tér elmozdítja,
így azok a fém egyik oldalán halmozódnak fel. Ennek
következtében a fém egyik felében összességében
elektrontöbblet, a másik felében elektronhiány alakul ki.
Ezt a jelenséget ELEKTROMOS MEGOSZTÁSNAK nevezzük.
11. VEZETŐK ÉS SZIGETELŐK
A szigetelő anyag elektronjai helyhez kötöttek, nagy
távolságot megtenni nem tudnak. Egyes szigetelő anyagokat
elektromos térbe helyezve, a korábban elektromos szempontból
rendezetlen molekulák az elektromos térnek megfelelően
rendeződnek. Így az anyag egyik vége pozitív, a másik vége
negatív töltésű lesz.
Ezt a jelenséget DIELEKTROMOS POLARIZÁCIÓnak nevezzük.
12. FÖLDELÉS
A földellés fémes összeköttetést jelent a test és a talaj
között. Szerepe, hogy a testen lévő felesleges töltéseket
a földbe vezeti.
A föld ugyanis nagy mennyiségű töltést képes előállítani
és elnyelni.
A trolibuszok egy fémláncot húznak talajon, hogy a
kerekek talajjal való „dörzsölődése” következtében
keletkező töltések a földbe tudjanak áramlani. Hasonlót
láthatunk a bevásárlókocsikon is.
Az épületek villámvédelmi berendezését , valamint
teljes elektromos hálózatát földelni kell.
Az elektromos áram továbbítását szolgáló
berendezéseket szintén le kell földelni.
13. ELEKTROSZKÓP
ELEKTROMOS TÖLTÉS KIMUTATÁSÁRA ÉS MÉRÉSÉRE ALKALMAS
ESZKÖZ
RÉSZEI:
- fém gömb, amely fémes
összeköttetésben áll a
belső fémlemezekkel,
- szigetelődugó,
- üveggömb,
- szigetelőtalp.
MŰKÖDÉSE: A fémgömbre vitt töltés a fémes összeköttetésen keresztül
a belső lemezekbe jut. A lemezeken lévő azonos töltések taszító hatása
miatt a lemezek szét nyílnak. Minél több töltést viszünk az
elektroszkópra, annál jobban nyílnak szét a lemezek.
14. ÁRNYÉKOLÁS
KÍSÉRLET:
Függesszünk fel egy fóliával bevont pingpong labdát, majd
közelítsünk hozzá egy bőrrel dörzsölt üveg rudat. Ekkor az üvegrúd
körül kialakult elektromos tér hatására pingpong labdán megosztás
jön léptre és a pingponglabda kitér.
Ha most egy fémhálóval takarjuk le a pingpong labdát, és úgy
közelítünk felé a bőrrel dörzsölt üveg rúddal, a pingponglabda
nem tért ki.
Ha most üvegbúrával takarjuk le a pingponglabdát, és úgy
ismételjük meg a kísérletet, a pingponglabda
újra kitér.
14. ÁRNYÉKOLÁS
A KÍSÉRLET MAGYARÁZATA:
Ha fémhálóval takarjuk le a pingponglabdát, akkor hiába
közelítünk a bőrrel dörzsölt műanyag rúd elektromos terével, a
fémháló alatt nem lesz elektromos tér. Azt mondjuk, hogy a
fémháló elektromosan leárnyékolja a teret. A fémhálót szokták
Faraday-kalitkának is nevezni.
A szigetelő anyag nem alkalmas árnyékolásra.
Az árnyékolás gyakorlati alkalmazása:
Koax-kábel (első és második kép).
Egy érdekesség: az árnyékolás megvéd
a villámcsapástól
(harmadik kép).
15. CSÚCSHATÁS
Ha egy fémre töltést viszünk, akkor a töltések egyenletesen
helyezkednek el a fém külső felszínén az azonos töltések
taszító hatása miatt.
Ha a fém egy csepp alakú forma (lásd ábra), akkor a
cseppforma csúcsa körül, kis térfogaton, ám nagy felületen sok
töltés helyezkedik el, így ott nagy a töltéssűrűség.
A csúcsnak ütköző levegőrészecskék így könnyen ionizálódnak
(felvesznek a fémről egy elektront), majd az azonos töltések
taszítása miatt az ionizált levegő molekulái nagy sebességgel távolodnak a
csúcstól. Így létrejött légmozgás az
ELEKTROMOS SZÉL.
16. VAN DE GRAAFF GENERÁTOR
MŰKÖDÉSE
Az alsó görgő (6) fémből, a felső görgő (3)
műanyagból. A felső, műanyag görgőről
leváló szalag negatív töltésű lesz (5). Ezt a
negatív töltést a kefe (7) gyűjti össze és a
kisütő gömbre (8) juttatja.
Az alsó görgőről leváló szalag pozitív
töltésű lesz (4), ezt a pozitív töltést a szalag
a felső görgőnél található (2) keféhez
szállítja. A csúcshatás miatt a kefe a pozitív
töltést eltávolítja a szalagról, és a vele
összeköttetésben levő, a felső görgőt és
kefét körbevevő üreges fémgömbre (1)
juttatja.