Transcript + + + Kísérletek

Készítette: Porkoláb Tamás
Elektrosztatika
Hétköznapi
tapasztalatok
• villám
Villám (lassítva)
http://www.ultraslo.com/page/9506190
• fésülködés
• tv képernyő
• műszálas pullover
• portörlő
• fénymásoló
http://phet.colorado.edu/en/simulation/travoltage
http://phet.colorado.edu/hu/simulation/balloons
Készítette: Porkoláb Tamás
Kísérletek
A bőrrel dörzsölt üvegrúd és
a műszállal dörzsölt
ebonitrúd az apró
papírdarabokat (tollat)
vonzza.
Az alufólia darabkákat is.
Készítette: Porkoláb Tamás
Kísérletek
 előtt
 után
Dörzsölés
szőrme
Ebonit rúd
Készítette: Porkoláb Tamás
Kísérletek
Ha a megdörzsölt üveg-vagy ebonit rudat
húzunk végig az elektroszkóp tetején…
A mutató kitér.
Készítette: Porkoláb Tamás
Kísérletek
Az elektromosan töltött rúddal
csak közelítünk, de nem érünk az
elektroszkóphoz…
Amíg az elektroszkóp közelében
van a rúd, a mutató kitér, de
amint elvesszük onnan, visszaáll.
+++
Készítette: Porkoláb Tamás
Szigetelők
A külső elektronok kötöttek az atomtörzshöz.
Az ilyen anyag nem vezeti az áramot.
Az elektromos test hatására az elektronok a maghoz képest
csak kismértékben tudnak elmozdulni. Ekkor az anyag
polarizálódik.
+
Elektromos test
+
+
+ +
Polarizált szigetelő
Készítette: Porkoláb Tamás
Szigetelő anyagok
•
Üveg
•
Bakelit
•
Ebonit
•
Gyémánt
•
Tiszta víz
•
Levegő
Készítette: Porkoláb Tamás
Vezetők
Pozitív töltésű atomok (ionok) kristályrácsából és „szabad”
elektrongázból áll. A töltéshordozók szabadon elmozdulhatnak,
az elektromos állapot a vezető egészére szétterjed.
A fémek vezető anyagok. A Föld belseje is nagy kiterjedésű
vezető.
Fémrács
Fém alapállapotban semleges:
elektrongáz
-ion
-elektronok
N  N
Készítette: Porkoláb Tamás
Vezető anyagok
•
Fémek
•
Szén
•
Grafit
•
Elektrolitok
•
Plazma
Készítette: Porkoláb Tamás
Elektromos megosztás
 Az elektromos test a környezetében lévő vezető anyagokon
elektromos megosztást idéz elő.
+
+
Elektromos test
+
+
Megosztott vezető
Készítette: Porkoláb Tamás
Elektromos állapotok
Kétféle létezik:
•
Azok a testek pozitív töltésűek, amik ugyanolyan elektromos
állapotúak, mint a megdörzsölt üveg.
•
Azok a testek negatív töltésűek, amik ugyanolyan elektromos
állapotúak, mint a megdörzsölt ebonit.
Készítette: Porkoláb Tamás
A töltés magyarázata
Atommag
Elektronfelhő
( N  N )
proton
neutron
elektron
Semleges atom:
elektronok száma=protonok száma
Készítette: Porkoláb Tamás
A töltés definíciója
Az elektrosztatikus mező forrásai a nyugvó töltések. Először
definiálnunk kell egy töltés nagyságát.
1. Két töltés egyenlő nagyságú, ha egy tetszőleges harmadik
töltésre ugyanakkora távolságból ugyanakkora erővel hatnak.
2. Az a töltés nagyobb, amelyik egy tetszőleges harmadik
töltésre ugyanakkora távolságból nagyobb erővel hat
3. Egységnyi az a töltés, amely 1 m távolságból a vele egyenlő
9
nagyságú töltésre 9  10 N erővel hat.
Készítette: Porkoláb Tamás
A töltés definíciója
A töltés jele: Q. Mértékegysége: 1 C (coulomb). (Charles
Coulomb, francia, 1736-1806).
Elemi töltésnek nevezzük az elektron töltését:
q  1,6  10 19 C
A töltésmegmaradás törvénye: Zárt
töltések algebrai összege változatlan.
http://www.sulinet.hu/tlabor/fizika/teszt/f40.htm
rendszerben
a
Készítette: Porkoláb Tamás
Coulomb
Charles
Augustin
Coulomb
(Angoulême, 1736. június 14. –
Párizs, 1806. augusztus 23.) francia
fizikus, leginkább a Coulombtörvény megalkotásáról nevezetes.
A Coulomb-erő egyike az atomi
reakcióban szerepet játszó alapvető
erőknek.
Gépek súrlódását, szélmalmokat,
fém- és selyemszálak rugalmasságát
is vizsgálta. Az elektromos töltés
egysége az ő tiszteletére kapta a
coulomb nevet.
Készítette: Porkoláb Tamás
Coulomb törvénye
Coulomb torziós ingával végzett kísérletei alapján megállapította,
hogy
két tetszőleges töltés közt ható erő esetén:
F
Q1 Q2
1 Q1 Q2
Fk 2 
4 0 r 2
r
2
Nm
k  9  10 9 2
C
 0  8,8  10 12
C2
Nm2
0 a vákuum dielektromos állandója vagy más néven a vákuum
permittivitása.
Készítette: Porkoláb Tamás
Az elektromos tér szemléltetése
http://www.rabidgeek.net/physics-applets/electric-fields/
Készítette: Porkoláb Tamás
Az elektromos térerősség
Az elektromos tér erőssége egy pontban azt mutatja meg, hogy
mekkora erő hat abban a pontban az 1 C nagyságú töltésre.
A térerősség jele: E.
F
E
Q
N
 E  1
C
Homogénnek nevezünk egy elektromos mezőt, ha a
térerősség vektora a tér minden pontjában állandó.
http://phet.colorado.edu/sims/charges-and-fields/charges-and-fields_hu.html
http://www.falstad.com/emstatic/
Készítette: Porkoláb Tamás
Elektromos térerősségek összegzése
Newton IV. törvényéből következik, hogy ha a tér egy
pontjában több elektromos tér fejti ki a hatását, akkor az
ottani térerősség az egyes térerősségek vektori eredőjeként
számolható ki.
E
Fe  F1  F2  F3 ... /: Q
E2
E e  E1  E 2  E3 ...
E1
+
Q1
+
Q2
Készítette: Porkoláb Tamás
Volta
Gróf Alessandro Giuseppe Antonio
Anastasio Volta olasz fizikus, az
elektromos
áram
elméletének
kidolgozója, a víz elektrolízisének
felfedezője és a kénsavoldatba
merülő cink- és rézelektródból álló
Volta-elem (galvánelem) feltalálója.
A volt mértékegység róla kapta a
nevét.
1801-ben Napóleon Párizsba hívta, hogy
bemutassa a galvánláncra vonatkozó
kísérleteit az Institut-nek; később a
becsületrend
tisztjévé
tette,
neki
adományozta a vaskorona-rendet, illetve
kinevezte Itália grófjává és szenátorává.
Készítette: Porkoláb Tamás
Az elektromos feszültség
Az elektromos munka egy külső erő vagy az elektromos mező
által egy töltésen végzett munkát jelent.
Ez a munka független attól, hogy a töltés milyen úton jut A – ból
B – be (vagyis az elektromos erőtér konzervatív).
Az elektromos feszültség megmutatja, hogy mennyi munkát
végez az elektromos mező vagy egy külső erő egységnyi töltésen.
Jele: U.
Így:
U
W
Q
W U Q
J
U   1  1V
C
Készítette: Porkoláb Tamás
Elektromos feszültség homogén térben
Homogén
erőtérben:
W E Q s
U

 Es  Ed
Q
Q
Készítette: Porkoláb Tamás
Potenciál
Az elektromos potenciál egy általunk kijelölt ponthoz
viszonyított feszültség. Az elektromos feszültség a tér két
pontja közt pedig a pontok potenciáljainak különbsége, tehát a
feszültség valójában potenciálkülönbség.
U AB  U B  U A
Ha pl: U A  20V ;U B  60V ;U C  80V ;U D  40V
, akkor
U AB  40V ;U BA  40V ;U AC  60V ;
U CA  60V ;U AD  60V ;U DA  60V
Készítette: Porkoláb Tamás
Ekvipotenciális felületek
Az azonos potenciálú görbéket ekvipotenciális görbéknek, a
térben pedig ekvipotenciális felületeknek nevezzük.
Ezek mindig merőlegesek az erővonalakra, az elektromos
térerősségre is.
Készítette: Porkoláb Tamás
Elektromos töltés vezetőn
http://www.youtube.com/watch?v=Zi4kXgDBFhw
http://www.youtube.com/watch?v=WqvImbn9GG4
Alufóliába csomagolt rádió, mobiltelefon
A vezetőre vitt többlettöltés mindig a vezető külső
felületén helyezkedik el.
A vezető belsejében a térerősség zérus, E = 0.
A vezető belsejének minden pontja ekvipotenciális, vagyis
bármely két pont közt 0 a feszültség.
A vezető határán a térerősség merőleges a vezető felületére .
Készítette: Porkoláb Tamás
Példák
•Autó, repülő fémburkolata
•Elektromos gépek védelme
•Veszélyes anyagok tárolása
Készítette: Porkoláb Tamás
Elektromos csúcshatás
A csúcsban
kerülhetnek a
legtávolabbra a többi
töltéstől.
·
A csúcsokon nagyobb a töltéssűrűség.
: pozitív többlettöltés
: a vezető környezetében
az erővonalak, így a
térerősség iránya
(a rajz egy vezető keresztmetszete)
Készítette: Porkoláb Tamás
Kszítette: Porkoláb Tamás
Villámhárító
Készítette: Porkoláb Tamás
Villámhárító
Készítette: Porkoláb Tamás
Kondenzátorok
Az elektromos töltés
felhalmozására, tárolására szolgáló berendezéseket kondenzátornak
nevezzük.
Minden
kondenzátor
legalább két párhuzamos
vezető anyagból (fegyverzet), és a közöttük
lévő szigetelő anyagból
(dielektrikum) áll.
Készítette: Porkoláb Tamás
Kondenzátorok felhasználása
•fénycsövek vibrálásának csökkentésére
•rádiókészülékekben forgókondenzátorral hangoljuk a vevőkört az
adás frekvenciájára
•rádiókészülékekben kondenzátorral szűrik ki az adást a
vivőfrekvenciáról
•a távbeszélő technikában vagy a váltakozó áramú körökben
zavarszűrő kondenzátorként
•motorok indítókondenzátoraiként
•a váltófeszültségből egyenirányított egyenfeszültségek
stabilizálása tápegységekben
• szűrőkondenzátorként az alacsony frekvenciás váltóáramú
összetevők kiszűrése
Készítette: Porkoláb Tamás
Kondenzátorok kapacitása
http://phet.colorado.edu/hu/simulation/capacitor-lab
Kapacitás: töltésbefogadó képesség.
Megmutatja, hogy 1 V feszültség hatására mennyi töltést
képes felhalmozni a kondenzátor. Jele: C.
Vagyis:
Q
C
U
C 1F (farad)