Elektryczność i Magnetyzm

Transkrypt

1 Elektryczność i Magnetyzm Wykład: Piotr Kossacki Pokazy: Kacper Oreszczuk, Magda Grzeszczyk, Paweł Trautman 26 II 2019

2 Sprawy organizacyjne Zaliczenie Udział w ćwiczeniach 2 kolokwia: 50% punktów zalicza ćwiczenia 29 kwietnia (poniedziałek, 9:00-13:00, 1.40), 3 czerwca (poniedziałek, 9:00-13:00, 0.03a) 21 czerwca (poniedziałek, 9:00-13:00, 0.03) 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 Sprawy organizacyjne 3 grupy ćwiczeniowe: dr Maciej Molas, dr Rengin Peköz Ronganakis (ang), prof. dr hab. Witold Bardyszewski

4 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

5 Literatura Notatki z wykładu (własne?) w tym opisy pokazów (slajdy nie są wystarczające) Feynmana wykłady z fizyki Szczeniowski: Fizyka doświadczalna Piekara: Elektryczność i budowa materii Gaj: Elektryczność i magnetyzm Resnick,Halliday,Walker: Podstawy fizyki

6 O czym będzie? S Historia czy współczesność? Znaczenie znajomości faktów(doświadczenia!) Rzędy wielkości S B dl 2 ε dl I d dt B Komplet praw Maxwella d dt 0 0 ε q ds B ds 0 0 S B 0 ε j t 0 0 B t ε B 0 Postać całkowa Postać lokalna

7 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

8 Wahadełka elektrostatyczne + +

9 Wahadełka elektrostatyczne Jak to jest ilościowo? + -

10 Prawo Coulomba (oddziaływanie na odległość) r 12 F 21 Q 1 Q 2 F 12 F ε 0 Q r Q 2 r r Q (C) - ładunek elektryczny Ładunek elektronu e = 1, C 0 = 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 ( )

11 Waga skręceń F 12 Q 1 Q 2 r 12

12 Oddziaływanie elektrostatyczne: jak zależy od odległości? kat [ deg ] 100 a*x b max dev:6.26, r 2 =0.998 a=5120, b= odleglosc [ cm ]

13 Rzędy wielkości F = N r = 0.1 m Q = 10-7 C, 10-8 C Sprawdzenie: F = Q 2 /(4 0 r 2 ) /( ) = 10-3 N

14 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.

15 Szereg tryboelektryczny + -

16 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 0 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 Polyethylene (like Scotch tape) PolypropyleneVinyl (PVC) Silicon Teflon Silicone rubber Ebonite Most negatively charged + szkło papier włosy styropian balonik rura z PCV teflon - 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.)

17 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

18 Elektroskop

19 Elektroskop

20 Ładowanie elektroskopu

21 Ładowanie elektroskopu przez indukcję: przeciwnym znakiem

22 Równowaga ładunkowa w przyrodzie Ładunki w doświadczeniach elektrostatycznych rzędu 10-7 C Liczba elektronów rzędu liczby Avogadry N A = Ładunek całkowity mola elektronów N A e = C 10 5 C Neutralność z dokładnością do 12 rzędów! A gdyby ją silnie zaburzyć? Wykład drugi

23 Eksplozja kulombowska Coulomb explosion Wykład drugi

24 Eksplozja kulombowska Coulomb explosion Ultraszybkie impulsy lasera ~100 TJ/cm 2 Wykład drugi

25 Eksplozja kulombowska Wykład drugi Service des Photons, Atomes et Molécules, CEA Saclay

26 Pole elektryczne Wykład drugi

27 Pole elektryczne (oddziaływanie kontaktowe) F -Q F ε (Q > 0) F = Q ε Natężenie pola elektrycznego [N/C] Pole elektryczne pośredniczy między oddziałującymi ładunkami Ładunek jako źródło i jako detektor pola Wykład drugi

28 y Oddziaływanie ładunku punktowego z jednorodnym rozkładem liniowym Q 2 1 x F b a Qr 4 r 0 3 dy b a Q D, D tan, D 4 0 cos 3 0 d D tan D 2 Q d Q F 4 0D cos 4 0D W granicy bardzo długiego drutu ( 1 = -/2, 2 = /2) F 1 2 cos,sin,0cos sin, cos, Q 2 D 0 1,0,0 Wykład drugi W granicy bardzo krótkiego drutu ( << 1) F Qy 4 R 0 2 cos,sin,0 Prawo Coulomba!

29 Oddziaływanie ładunku punktowego z jednorodnym rozkładem dwuwymiarowym (krążek) Q R z F 2 R 0 0 Qr 4 r ds 2 R Q cos, sin, 3 r 0 h dd h F z Q h h / cos W granicy bardzo dużego promienia R>>h ( = /2) F z Q 2 0 Nie zależy od odległości! 3 Wykład drugi h Q h tan d 2 cos 2 0 Q 2 cos0 sin 2 W granicy bardzo małego promienia R<<h ( = R/h) F z Q 4 h 2 R 2 0 Prawo Coulomba! 0