Elektryczność i Magnetyzm. Wykład: Piotr Kossacki Pokazy: Paweł Trautman, Aleksander Bogucki 1 III 2016

Transkrypt

1 Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Piotr Kossacki Pokazy: Paweł Trautman, Aleksander Bogucki 1 III 216

2 Sprawy organizacyjne Zaliczenie Udział w ćwiczeniach 2 kolokwia: 5% punktów zalicza ćwiczenia 5 kwietnia (wtorek, 14:-18:,.3), 24 maja (wtorek, 13:-17:,.3) 17 czerwca (piątek, 9:-13:,.3a) Egzamin pisemny (zadania), pełni także funkcję kolokwium poprawkowego (w sesji poprawkowej) Egzamin ustny Konsultacje: w miarę zapotrzebowania W trakcie wykładu: pytania i uwagi! Kontakt: , piotr.kossacki@fuw.edu.pl pokój na 3 piętrze 3.26 (Pasteura) laboratorium

3 Co będzie wymagane? Umiejętność szybkiego i bezbłędnego rozwiązywania zadań weryfikowana podczas kolokwiów i egzaminu pisemnego i (!) Znajomość materiału z wykładu w tym zrozumienie zjawisk demonstrowanych podczas pokazów i omawianych metod pomiarowych weryfikowana podczas egzaminu ustnego

4 O czym będzie? Historia czy współczesność? Znaczenie znajomości faktów(doświadczenia!) Rzędy wielkości S B dl 2 = ε dl I + dφ = dt B Komplet praw Maxwella d ε Φ dt µ q ε ds = B ds = S ε S ε B = ε ε j+ ε t µ B = t ε ρ ε = B = Postać całkowa Postać lokalna

5 Porządek wykładu Elektrostatyka Prąd elektryczny Magnetostatyka Indukcja elektromagnetyczna Materia w polu elektrycznym i magnetycznym Prąd zmienny, obwody prądu zmiennego Fale elektromagnetyczne w falowodzie i w otwartej przestrzeni

6 Literatura Feynmana wykłady z fizyki Szczeniowski: Fizyka doświadczalna Piekara: Elektryczność i budowa materii Gaj: Elektryczność i magnetyzm Resnick,Halliday,Walker: Podstawy fizyki Notatki z wykładu (własne?) opis pokazów

7 Wahadełka elektrostatyczne + +

8 Wahadełka elektrostatyczne Jak to jest ilościowo? + -

9 Prawo Coulomba (oddziaływanie na odległość) r 12 F 21 Q 1 Q 2 F 12 F 12 = 4 1 π ε Q r Q 2 r r Q (C) - ładunek elektryczny Ładunek elektronu e = 1, C ε = 8, C 2 /(N. m 2 ) Konwencje: r 12 do ładunku, na który działa siła F 12 siła, jaką działa ładunek 1 na ładunek 2 Charles Augustin de Coulomb ( )

10 Waga skręceń F 12 Q 1 Q 2 r 12

11 Oddziaływanie elektrostatyczne: jak zależy od odległości? Odległość siła Siła (je dnostki umowne) 1 y = x Odległość (cm)

12 Rzędy wielkości F =.1 N r =.1 m Q = 1-7 C, 1-8 C Sprawdzenie: F = Q 2 /(4πε r 2 ) 1-15 /(1-1.1) = 1-3 N

13 Szereg tryboelektryczny Energia elektronów w różnych substancjach jest różna. Różnice te są rzędu elektronowolta ( J). Przy kontakcie różnych ciał może zajść przejście elektronów ciała ładują się z przeciwnymi znakami. Można uszeregować różne substancje według względnego znaku ładunku, jakiego nabywają w kontakcie ze sobą.

14 Szereg tryboelektryczny + -

15 Most positively charged + Polyurethane foam Hair, oily skin Nylon, dry skin Glass Acrylic, Lucite Leather Rabbit's fur Quartz Mica Lead Cat's fur Silk Aluminium Paper Cotton Wool Wood Amber Sealing wax Polystyrene Rubber balloon Resins Hard rubber Nickel, Copper Sulfur Brass, Silver Gold, Platinum Acetate, Rayon Synthetic rubber Polyester Styrene () Orlon Plastic wrap + szkło papier włosy wykładowcy styropian balonik rura z PCV teflon - Polyethylene (like Scotch tape) PolypropyleneVinyl (PVC) Silicon Teflon Silicone rubber Ebonite Most negatively charged Szereg tryboelektryczny przykłady list szeregu tryboelektrycznego tego typu listy należy traktować z pewną ostrożnością, bo pozycja na liście może zależeć od stanu powierzchni (utlenienia, zanieczyszczeń itp.)

16 Przewodniki i izolatory Przewodniki: zawierają swobodne ładunki elektryczne Klasyczne przewodniki: metale, zawierające swobodne elektrony Izolatory (dielektryki) zawierają ładunki zlokalizowane. Przykłady izolatorów: szkło, papier, ebonit, teflon Podział na przewodniki i izolatory jest nieostry

17 Elektroskop

18 Elektroskop

19 Ładowanie elektroskopu

20 Ładowanie elektroskopu przez indukcję: przeciwnym znakiem

21 y Oddziaływanie ładunku punktowego z jednorodnym rozkładem liniowym λ Q ϕ 2 ϕ 1 x F = b a Qλr 4πε r 3 dy = b a Qλ ( D, D tanϕ, ) D 4πε cosϕ 3 d ( D tanϕ) D ϕ 2 Qλ dϕ Qλ F = 4πε D cos ϕ 4πε D W granicy bardzo długiego drutu (ϕ 1 = -π/2, ϕ 2 = π/2) F = ϕ 1 2 ϕ ( cosϕ,sinϕ,) cos ϕ = [ sinϕ, cosϕ,] 2 2 ϕ1 Qλ 2πε D ( 1,, ) Wykład drugi W granicy bardzo krótkiego drutu ( ϕ << 1) F = Qλ y 4πε R 2 ( cosϕ,sinϕ,) Prawo Coulomba!

22 ρ Oddziaływanie ładunku punktowego z jednorodnym rozkładem dwuwymiarowym (krążek) Q Θ σ R z F = 2π R Qσr 4πε r ds = 3 2π R Qσ 4 ( ρ cosϕ, ρ sinϕ, h) πε r 3 ρdρdϕ h F z = Qσ 4πε 2π θ h ( h / cosϑ) W granicy bardzo dużego promienia R>>h (Θ = π/2) F z = Qσ 2ε Nie zależy od odległości! 3 Wykład drugi h Qσ h tanϑ dϑ = 2 cos ϑ 2ε Qσ ε Θ 2 [ cosϑ] = sin Θ 2 W granicy bardzo małego promienia R<<h (Θ = R/h) F z 2 ( πr ) Q = 4 h σ πε 2 Prawo Coulomba!