W rozdziale 11.1 wymieniono, jako główne, dwa rodzaje oddziaływań występujących w przyrodzie: oddziaływanie

Transkrypt

1 16. Ładunek elektryczny W rozdziale 11.1 wymieniono, jako główne, dwa rodzaje oddziaływań występujących w przyrodzie: oddziaływanie grawitacyjne oraz oddziaływanie elektromagnetyczne. Pierwsze z nich omówiono krótko w rozdz ( Prawo powszechnego ciążenia ). Obecny i następny rozdział będą poświęcone oddziaływaniu elektromagnetycznemu. Rozpoczniemy od naszkicowania podobieństw pomiędzy wymienionymi rodzajami oddziaływań. Jak wiemy, kluczowym pojęciem w opisie tych oddziaływań jest pole fizyczne jako realność fizyczna. Mamy więc pole grawitacyjne, w którym uwidacznia się obecność przyciągających sił grawitacyjnych. Przyczyną istnienia tego pola (tzw. źródłem pola) jest każda masa. Niezależnie, już od starożytności obserwowano obecność tajemniczych sił wokół niektórych ciał fizycznych (np. w pobliżu bursztynu potartego suknem). Zauważono, że w zależności od warunków były to siły przyciągające lub odpychające. W początkach XVIII w. uznano, że istnieje wspólna przyczyna tych sił, którą nazwano ładunkiem elektrycznym. Ładunek elektryczny jest to cecha materii będąca przyczyną występowania sił elektrycznych. Ładunek jest źródłem pola elektrostatycznego. Istnieją dwa rodzaje ładunku elektrycznego. 09

2 Rodzaje ładunku oznacza się umownie znakami + i ( , Benjamin Franklin , Kolonie angielskie w Ameryce Północnej). Nieruchome ładunki elektryczne oddziałują ze sobą za pośrednictwem pola elektrostatycznego. Ładunki jednego znaku odpychają się, różnych znaków przyciągają się. Pole elektrostatyczne ma więc dwa rodzaje źródeł (dwa typy ładunków elektrycznych), pole grawitacyjne jeden rodzaj źródła (masa). Mamy do czynienia ze strukturą ziarnistą ładunku elektrycznego: podstawową cząstką ładunku jest tzw. ładunek elementarny,e. Obiekty materialne istniejące jako samodzielne byty mogą posiadać jedynie ładunki będące całkowitymi wielokrotnościami ładunku elementarnego. 1 W układzie SI ładunek elektryczny jest wielkością fizyczną pochodną (nie podstawową). Jednostkę ładunku elektrycznego tworzy się z jednostek wielkości fizycznych podstawowych w układzie SI: jednostki natężenia prądu elektrycznego i jednostki czasu. 1 Cząstki elementarne zwane kwarkami mogą posiadać ładunki elektryczne będące ułamkiem ładunku elementarnego (np. + /3e). Kwarki nie istnieją w stanie swobodnym (samodzielnie). Mówi o tym tzw. hipoteza uwięzienia kwarków. Ta wielkość fizyczna będzie omówiona później; tutaj powiemy tylko, że prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch ( przepływ ) ładunków elektrycznych. 10

3 Jednostka ładunku elektrycznego 1 kulomb (1 C) jest to ładunek elektryczny q przechodzący przez przekrój poprzeczny przewodnika w ciągu 1 sekundy (1 s), jeśli przez ten przewodnik przepływa prąd elektryczny o natężeniu prądu elektrycznego równym 1 amper (1 A). Komentarz Pojęcie prądu elektrycznego i jednostka natężenia prądu elektrycznego amper są lepiej znane niż pojęcie ładunku elektrycznego, dlatego podana definicja pozwala na pewne wyczucie co do samej wartości jednego kulomba. Ładunek elementarny, wprowadzony poprzednio wynosi w kulombach (C): 19 1 e 1, C. Materialnymi obiektami subatomowymi będącymi nośnikami ładunku elementarnego są m.in. znane nam: elektron ( e) i proton (+ e) 3. Z powyższego wynika, że na 1 C składa się ogromna 19 liczba ładunków elektronu lub protonu ( 10 ). Prawo Coulomba Jak mówiliśmy, oddziaływanie (pole) grawitacyjne opisywane jest przez prawo powszechnego ciążenia Newtona. Czy istnieje odpowiednik tego prawa dla pola elektrostatycznego? 3 Zwróćmy uwagę, że symbolem e oznaczamy zarówno cząstkę elementarną elektron, jak i ładunek elementarny. 11

4 Tak, istnieje! Wystarczy jedynie we wzorze Newtona ((7), str. 98) zamienić odpowiednie masy na ładunki elektryczne, a stałą grawitacji zastąpić inną stałą. Tym sposobem otrzymamy prawo Coulomba: Dwa naładowane obiekty materialne - punkty materialne (p.m.), a także kule jednorodnie naładowane, przyciągają lub odpychają się wzajemnie siłą wprost proporcjonalną do ich ładunków elektrycznych i odwrotnie proporcjonalną do kwadratu ich odległości. F q1 q k0, (83) r gdzie: q, q ładunki elektryczne p.m., 1 r odległość pomiędzy p.m., k tzw. współczynnik Coulomba. 0 k 0 N m 9 8, (dla próżni). Zwróćmy uwagę, że w tym prawie ładunki elektryczne są niejako przypisane do cząstek mających masę (punkty materialne), tak iż zgodnie z obrazem fizycznym dynamiki siły elektryczne działają w istocie na masy, wpływając na ich ruch. Skrótowo mówimy jednak o ruchu ładunków. Dokonajmy porównania względnej siły (intensywności) oddziaływań grawitacyjnego i elektromagnetycznego. W tym celu weźmy atom wodoru jako obiekt fizyczny, w którym obecne są oba rodzaje oddziaływań. C 1

5 + r a p e W tym obiekcie atomowym oddziałują ze sobą, niezależnie dwa ładunki elementarne i dwie masy. Dane: e ra 19 1, C ładunek elementarny, 10 0, m tzw. promień Bohra (rozmiar atomu wodoru), me mp k 0 G 31 9, kg masa elektronu, 7 1, kg masa protonu, N m 9 8, , C 11 N m 6, kg Skorzystamy z praw powszechnego ciążenia i Coulomba: F g mp me e e G oraz Fe k0. r r a a 13

6 Po przekształceniu powyższych wzorów i podstawieniu danych otrzymujemy: Wnioski Fe k e F G m m g p e (84) Dla podstawowych cząstek subatomowych (e i p), w najbardziej rozpowszechnionej ich konfiguracji (atom wodoru) oddziaływanie elektromagnetyczne jest wiele rzędów wielkości silniejsze od oddziaływania grawitacyjnego. [por. Pytania i Problemy, pkt 4.]. Neutralność ładunkowa materii Jednym z podstawowych założeń elektrodynamiki 4 jest równość wartości ładunków elementarnych obu rodzajów ładunku ujemnego i dodatniego: e e. Z założenia tego wynika neutralność atomów i zbudowanej z nich materii (patrz rozdz. 14. Struktura materii ). Zastanówmy się, jakie byłyby konsekwencje niespełniania tego założenia. Załóżmy, że oba ładunki różnią się na 6 przykład na poziomie , czyli 10. Oznaczałoby to, że mógłby pojawić się ładunek nadmiarowy o wielkości jednego elektronu (lub protonu) na każdy milion elektronów (protonów). Wydaje się to bardzo niewiele 4 Elektrodynamika teoria fizyczna zjawisk związanych z oddziaływaniem elektromagnetycznym. 14

7 Przykład Weźmy dwie kulki żelaza Fe (Z = 6, A = 56): Dane: m = 1 g masa każdej z kulek, M 56 g/mol - masa molowa żelaza, N A e k mol liczba Avogadry, 19 1,6 10 C ładunek elementarny, N m współczynnik Coulomba, C Łatwo obliczyć, że liczba atomów w każdej z kulek wynosi 5 : N m M N A, zaś ładunek jednego znaku (np. elektronów) w każdej z nich: Q 19 Z e N 6 1, C. Ponieważ zgodnie z naszym założeniem ładunki 6 elektronu i protonu różnią się o 10 ich wartości bezwzględnej, więc nadmiarowy ładunek któregoś znaku wynosi w każdej kulce: q Q C. Umieśćmy kulki w próżni, w odległości r = 1 m od siebie. 5 Wzór (63) str

8 W związku z obecnością ładunku nadmiarowego kulki będą się wzajemnie odpychać (ładunek jednego znaku) siłą: F e q q k 0 r (4 10 ) , MN Jest to ogromna siła, którą warto porównać z inną siłą, np. spotykaną w otoczeniu człowieka. Przeciętny, wielowagonowy pociąg towarowy (masa rzędu 1500 ton) ciśnie taką mniej więcej siłą na szyny! (w rozłożeniu na liczbę kół). A wszystko to w związku z różnicą ładunków protonu i elektronu na poziomie w gramach żelaza! Porównaliśmy po raz kolejny po analizach prowadzących do wzoru (84) siłę (intensywność) oddziaływań elektromagnetycznego i grawitacyjnego. Widać potęgę oddziaływań elektromagnetycznych, która nie ujawnia się jednak łatwo na zewnątrz, dlatego że w naturze występuje równość obu składowych ładunku elektrycznego dodatniej i ujemnej. Komentarze 1. Nawet bardzo niewielka nierówność ładunków elementarnych, dodatniego i ujemnego, spowodowałaby, że do gry w skali makro (otaczający nas świat widzialny i Kosmos) weszłyby znacznie silniejsze od oddziaływań grawitacyjnych oddziaływania elektromagnetyczne. Wszechświat wyglądałby wówczas zupełnie inaczej 16

9 . Fizycy ciągle badają doświadczalnie prawdziwość założenia o równości ładunków elektrycznych elektronu i protonu. Według współczesnych danych, jeśli istnieje jakaś różnica między ładunkami elementarnymi dodatnim i ujemnym to może się ona przejawiać dopiero na -1 poziomie 10 lub jeszcze niżej. Rozdzielanie ładunków W świetle tego co powiedzieliśmy powyżej nie odkrytoby elektryczności do dzisiaj, gdyby nie możliwość rozdzielania ładunków dodatnich i ujemnych. 6 Proces ten nazywa się elektryzowaniem. Są zasadniczo dwa sposoby elektryzowania: a) przez tarcie W ten sposób można rozdzielać ładunki + i, które są związane w materii, np. oddzielać od atomów należące do nich elektrony. Intuicyjnie potrzebna jest do tego pewna energia, stąd tarcie i energia dostarczana z zewnątrz. Takie elektryzowanie substancji znane jest od starożytności. Np. bursztyn (gr. élektron) pocierany wełną elektryzuje się ujemnie, gdyż w tym procesie więcej elektronów odrywanych jest od atomów wełny niż bursztynu, co oznacza, że efektywnie wełna ładuje się 6 Dlatego, że dowolny obiekt materialny jest w normalnych warunkach fizycznych idealnie neutralny elektrycznie. 17

10 dodatnio a bursztyn ujemnie. Przeciwnie jest dla szkła pocieranego jedwabiem lub futrem; b) przez indukcję Przez indukcję rozumiemy tu wpływ naładowanego ciała fizycznego na drugie ciało nienaładowane, za pośrednictwem pola elektrostatycznego wytwarzanego przez to pierwsze. Tą metodą można rozdzielać ładunki w takiej materii, w której istnieją swobodne elektrony. Do materii tej należą tzw. przewodniki, o których powiemy więcej w następnych wykładach. 7 Rys Na rys przedstawiony został przebieg elektryzacji przez indukcję dla dwóch metalowych kul (wszystkie metale są przewodnikami). Jest to tzw. indukcja elektrostatyczna. 7 Swobodnych elektronów brak w tzw. dielektrykach (np. plastik) dlatego dla nich możliwe jest jedynie rozdzielanie ładunków przez tarcie. 18

11 Zasada zachowania ładunku elektrycznego Zasada ta (prawo) należy w fizyce do kilkunastu tzw. zasad zachowania. Wśród najważniejszych poznaliśmy dotychczas zasadę zachowania energii. Jak wszystkie zasady, tak i zasada zachowania ładunku elektrycznego obowiązuje przy pewnych założeniach. Określenie Układ fizyczny zamknięty (UFZ) jest to układ fizyczny, który nie wymienia materii z otoczeniem. Przypomnijmy (Rozdz. 13., str. 146), że układem fizycznym izolowanym (UFI) nazywamy układ, który nie wymienia z otoczeniem zarówno materii jak i energii. 8 Można więc powiedzieć, że UFZ to taki słabszy UFI Całkowity ładunek elektryczny (sumaryczny ładunek obu znaków) w UFZ lub UFI pozostaje stały podczas wszystkich procesów fizycznych; może powstawać lub ginąć, ale jedynie w formie par ładunków elementarnych (dodatni i ujemny). Komentarz Prezentowany dalej wywód, z powodu ograniczonego czasu wykładów zawiera z konieczności tylko wybrane elementy zagadnień elektrostatyki. Zdecydowano się na omówienie tylko pojęć: potencjał elektryczny oraz napięcie elek- 8 W takim układzie spełnione jest np. zasada zachowania energii. 19

12 tryczne, poprzez nawiązujące bezpośrednio do mechaniki zagadnienie pracy siły elektrycznej. Wydaje się to stanowić najkrótszą drogę do kolejnego pojęcia uznanego za ważne dla tych wykładów prądu elektrycznego (następny rozdział). Pominięto tym samym np. problematykę związaną z tak ważnym pojęciem jak natężenie pola elektrycznego. Linie pola + V 1 V + + Q q F F 1 r 1 r Rys Rozpatrzmy pole elektrostatyczne wytwarzane przez punktowy ładunek elektryczny + Q. Pole to będziemy badać przy pomocy innego, bardzo małego ładunku (+ q), 0

13 który umieszczony w dowolnym punkcie pola, będzie poddany sile odpychania od ładunku Q. Kierunek i zwrot tej siły w różnych punktach przestrzeni wokół ładunku Q zaznaczono symbolicznie przy pomocy strzałek. Są to tzw. linie pola. Linie pola elektrostatycznego są to krzywe, wzdłuż których skierowana jest siła elektryczna działająca na dodatni ładunek elektryczny umieszczony w polu 9. Jak widać na Rys. 16. linie sił pola elektrostycznego pojedynczego ładunku punktowego Q rozłożone się symetrycznie wokół ładunku (symetria sferyczna). Rys Na Rys pokazano przykłady linii sił pola innych układów ładunków elektrycznych: tzw. dipola elektrycznego (dwa jednakowe co do wartości ładunki różnych znaków, lewa strona rysunku) i układu dwóch ładunków jednoimiennych (tu: dodatnich, prawa strona rysunku). 9 Znak ładunku, a zatem i kierunek linii pola jest umowny. 1

14 Słuchacz zauważy zgodność podanego określenia linii pola z obrazem przedstawionym na Rys W przestrzeni wokół dwóch ładunków jednoimiennych istnieje jeden punkt, w którym pole elektrostatyczne jest równe zero. Jaki to punkt? Potencjał i napięcie elektryczne Jak pokazaliśmy powyżej (Rys. 16.) pole elektrostyczne ładunku punktowego ma symetrię sferyczną. Dla takiej symetrii punkty pola charakteryzowane są przez odległość od środka sfery, który znajduje się w miejscu ładunku Q, nazywaną promieniem r. W punktach oznaczonych jako 1 i na ładunek q działają siły zaznaczone przy pomocy strzałek i. Z prawa Coulomba: F Q q Q q k oraz F k, 0 r r gdzie: r 1 i r odległości punktów 1 i od ładunku Q. Zachodzi oczywiście relacja F > F, gdyż punkt 1 jest 1 położony bliżej ładunku Q niż punkt. Jeśli ładunek q będzie w punkcie 1 swobodny, to siła odpychania zacznie go przesuwać wykonując pracę. Ile wyniesie ta praca? Przede wszystkim zauważmy, że nie możemy tutaj zastosować dobrze nam znanego, prostego wzoru: praca = siła droga, gdyż siła nie jest stała!

15 Okazuje się, że w tym przypadku można jednak zastosować ten właśnie wzór, jeśli za wartość siły wziąć tzw. średnią geometryczną sił F i F : 1 Q q Fs F F k 1 0 r 1 r. 10 (85) Zatem praca W siły (tu: siły odpychającej) pomiędzy ładunkami elektrycznymi (Q i q) na drodze x wynosi: W Fs x, gdzie: x r r. (86) 1 Po podstawieniu wzoru (85) do wzoru (86) otrzymujemy: Q q W Fs x k ( r r ) r r Q Q q ( k k ) [ 0 ] r >. (86a) 0 0 r1 Wprowadzamy teraz nową wielkość fizyczną: V Q k 0. (87) r Potencjałem elektrycznym, V pola od pojedynczego ładunku elektrycznego Q nazywamy wielkość daną wzorem (87), gdzie r jest odległością danego punktu pola od ładunku (źródła). Wielkość ta charakteryzuje pole elektrostatyczne w określonym punkcie przestrzeni wokół jego źródła. 10 Odpowiedź na pytanie dlaczego wykracza poza zakres wykładu. 3

16 Z użyciem tej wielkości wzór (86a) przybiera postać: W q ( V V ) [ > 0 ]. (88) 1 Kolejna i jak się wkrótce przekonamy szeroko używana wielkość fizyczna to: U V1 V [ > 0 ], (89) gdzie:, 1 punktach. V V potencjały elektryczne w odpowiednich Napięciem elektrycznym, U pomiędzy dwoma punktami pola elektrycznego nazywamy odpowiednią różnicę potencjałów elektrycznych. Z użyciem tej ostatniej wielkości fizycznej wzór (88) na pracę siły pomiędzy dwoma ładunkami elektrycznymi na drodze leżącej pomiędzy punktami ich pola elektrycznego, przy różnicy potencjałów pola w tych punktach przybiera ostatecznie postać: W q U [ > 0 ]. (90) Jednostki napięcia elektrycznego i potencjału elektrycznego Napięcie elektryczne ma tę samą naturę fizyczną co potencjał elektryczny (różnica potencjałów), więc obie wielkości fizyczne mają taką samą jednostkę miary. Jednostką potencjału elektrycznego i napięcia elektrycznego jest 1 wolt (1 V). 4

17 Na podstawie wzoru (90): [ W ] [ q] [ U ], zatem 1 J 1 C 1 V, a stąd: 1 J 1 N 1 m N m 1 V 1. (91) 1 C 1 C C Napięcie elektryczne pomiędzy punktami pola elektrycznego wynosi 1 wolt (1 V) jeśli przesunięcie pomiędzy tymi punktami ładunku elektrycznego równego 1 kulomb (1 C) związane jest wykonaniem pracy równej 1 dżul (1 J). Energia pola elektrycznego W omawianej wyżej sytuacji (Rys. 16.) mamy do czynienia z wykonywaniem pracy przez układ fizyczny 11. Jak zawsze, gdy pojawia się pojęcie praca rodzą się pytania o energię. Zauważmy najpierw, że w punkcie 1 na rys. 16. ładunek q był w spoczynku, a w punkcie jest w ruchu, a więc uzyskał energię kinetyczną. Ponieważ układ fizyczny Q q jest izolowany, zatem obowiązuje w nim zasada zachowania energii. Skąd więc pochodzi ta energia? Odpowiedź: jakaś inna energia w układzie musiała zmaleć pomiędzy punktami 1 i. Co to za energia? Inna wersja tego samego pytania, używająca pojęcia praca : kosztem jakiej energii była przez układ wykonana praca? 11 Układ ten stanowią: ładunek elektryczny +Q wraz z ładunkiem +q. Porównaj z terminologią stosowaną w I zasadzie termodynamiki (str. 06/07). 5

18 Uwaga Prosimy czytelnika o ponowną lekturę rozdz (str ) i zwrócenie szczególnej uwagi na zamieszczony tam przykład prowadzący do pojęcia energii potencjalnej w polu grawitacyjnym (str ). Przedstawione poniżej rozważania doprowadzą bardzo podobną drogą do analogicznego pojęcia dla pola elektrostatycznego. Wróćmy do wzoru (86a) i Rys Możemy wprowadzić kolejną, nową wielkość fizyczną : E p Q q k. (9) 0 r Jest to energia potencjalna w polu elektrostatycznym, zwana w skrócie energią pola elektrycznego. Z użyciem tej wielkości wzór (86a) przybiera postać: W E E p1 p ( E E p p1 ) E. P (86b) Ponieważ W > 0, więc < 0, mamy zatem do czy- E P nienia ze spadkiem energii pola elektrycznego w obszarze pomiędzy punktami 1 i. Co dzieje się z tą energią? Mam nadzieję, że słuchacz, nie będzie miał trudności z odpowiedzią. Energia pola elektrycznego przechodzi w energię kinetyczną ładunku q, w punkcie na Rys

19 Podsumowując: w obszarze pomiędzy punktami 1 i następuje zamiana energii potencjalnej (pola elektrycznego) w energię kinetyczną materialnego nośnika ładunku elektrycznego q. Komentarz Czytelnik, który zastosował się do Uwagi na poprzedniej stronie łatwo znajdzie przykład analogicznego zjawiska (procesu) dla ruchu w polu grawitacyjnym [ Pytania i problemy, pkt. 7]. I wreszcie ostatni z serii problemów związanych z energią w polu elektrostatycznym Dlaczego w ogóle układ z Rys posiada w punktach 1 i energię? Skąd ją ma? Te ostatnie pytania zakładają potrzebę wprowadzenia UFI szerszego niż tylko układ ładunków Q - q, w którym ten (jako podukład ) uzyskał energię. Otóż uzyskał ją we wcześniejszym procesie umieszczania ładunku q w polu elektrostatycznym ładunku Q, a konkretnie wymuszonego zbliżania (siła odpychania!) ładunku + q do ładunku + Q i pokonywania związanego z tym oporu przez jakąś siłę zewnętrzną. Aby ta siła mogła powstać potrzebne było jakieś zewnętrzne, niezależne źródło energii, stanowiące część nowego, rozszerzonego UFI. To z tego źródła pochodzi ostatecznie energia pola elektrycznego układu ładunków Q q! 7

20 Ekranowanie Jako ostatnie w tym rozdziale rozpatrzymy zjawisko ekranowania pola elektromagnetycznego. Wiąże się ono ze zjawiskiem indukcji elektrostatycznej omówionym poprzednio. Zwróćmy uwagę na górny fragment Rys (str. 18). Obrazuje on to co dzieje się w przewodniku (dwie metalowe kule) umieszczonym w polu elektrycznym wytwarzanym przez naładowany obiekt (tu: pręt naładowany dodatnio). Obie kule stanowią początkowo jeden obiekt, w którym pod wpływem zewnętrznego pola elektrycznego nastąpiło rozsunięcie się ładunków różnego znaku (to zjawisko wykorzystano następnie w metodzie elektryzowania przez indukcję). Teraz jednak nie oddzielajmy kul od siebie, za to zastanówny się co w istocie stało się w połączonych kulach. Rozsunięte ładunki różnych znaków wytwarzają ( indukują ) wewnątrz obiektu złożonego z dwóch połączonych kul przewodnika dodatkowe pole elektryczne o kierunku linii przeciwnym do linii pola zewnętrznego. Pamiętamy, że linie pola skierowane są zawsze od ładunków dodatnich do ujemnych (patrz definicja linii pola elektrycznego). Zatem: - dla pola wytwarzanego przez szklany pręt, w obszarze wewnątrz obiektu: od lewej do prawej, - dla pola wytwarzanego przez rozsunięte ładunki wewnątrz obiektu: od prawej do lewej! 8

21 W rezultacie, wewnątrz przewodnika następuje kompensacja zewnętrznego pola (od szklanego pręta), przez pole wytworzone wewnątrz (od rozsuniętych ładunków), tak iż ostatecznie wnętrze przewodnika staje się wolne od pola elektrycznego! Okazuje się, że materia we wnętrzu przewodnika nie jest tutaj niezbędna! Aby wystąpiło to zjawisko wystarczy zwykła metalowa folia lub nawet metalowa siatka w formie klatki 1. We wnętrzu takiej konstrukcji nie ma pola elektrycznego, mimo istnienia pól na zewnątrz. Dlatego omawiane zjawisko nazywa się ekranowaniem (osłanianiem) wnętrza przewodnika. Rysunki: 16.1 i 16.3 pochodzą z książki: Dž. Orir, Fizika, Izdatiel stvo Mir, Moskva, 1981 (w j. ros.) Pytania i problemy 1. Telefon Nokia E-7 pobiera w czasie rozmowy telefonicznej prąd elektryczny o średnim natężeniu ok. 00 ma. Oblicz, jaki ładunek elektryczny przepłynie przez układy elektryczne do czasu technicznego rozładowania akumulatora telefonu (ok. 5 h).. Oblicz ładunek dodatni (lub ujemny) znajdujący się w 50 cm 3 (pojemność szklanki) neutralnej elektrycznie wody. 1 Ta ostatnia konstrukcja nazywana jest klatką Faradaya. Michael Faraday ( ), fizyk i chemik angielski; położył fundamenty pod doświadczalne badania zjawisk elektryczności i magnetyzmu. 9

22 WSKAZÓWKA: przeczytaj ponownie początek rozdz i zwróć uwagę na podane tam przykłady. 3. Dwa ładunki elektryczne o wartości 1 C każdy umieszczono w odległości 1 m od siebie. Oblicz siłę z jaką oddziałują na siebie te ładunki. 4. Tzw. promień ładunkowy jądra atomowego helu (He) 15 wynosi d 1, 7 10 m. Wartość ta przyjmowana jest również jako zasięg tzw. oddziaływań silnych w jądrze atomowym. Oblicz siłę odpychania elektrostatycznego dwóch protonów w jądrze atomowym helu i wyciągnij stosowne wnioski odnośnie do siły oddziaływań silnych. Porównaj otrzymaną wartość siły z wartością siły ciężkości (ciężaru) dla wybranego obiektu w mechanice. 5. O ile wzrasta energia kinetyczna cząstki o ładunku q po przejściu przez cząstkę różnicy potencjałów elektrycznych w polu elektrycznym równej U (cząstka jest przyspieszana)? Skąd bierze się ta energia? 6. Oblicz energię kinetyczną elektronu po przejściu przez niego różnicy potencjałów równej 1 V (elektron, początkowo w stanie spoczynku, jest przyspieszany w polu). KOMENTARZ: obliczona wartość jest w fizyce ważną pozaukładową jednostką energii zwaną 1 elektronowolt (1 ev). 7. Podaj przykład zjawiska/procesu, o którym mowa w Komentarzu na str