Ładunek elektryczny. Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych

Transkrypt

1 Ładunek elektryczny Ładunek elektryczny jedna z własności cząstek elementarnych dunek_elektryczny ładunki elektryczne o takich samych znakach się odpychają a o przeciwnych się przyciągają

2 Kwantowa natura ładunku Każdy ładunek można zapisać jako wielokrotność ładunku elementarnego (ładunku który posiada 1 proton): ne, n 1, 2, 3, 19 e 1,6 10 C Ładunek spełnia zasadę zachowania. np.: 238 U 234 Th 4 He e e Liczba atomowa Z promieniotwórczego uranu 238 U wynosi 92, a jądra pochodne mają: tor 90, hel 2.

3 Przewodniki i izolatory Przewodniki: (w przewodnikach występują swobodne ładunki elektryczne) metale (swobodne elektrony), elektrolity kationy i aniony, Izolatory: (nie posiadają swobodnych ładunków elektrycznych): Atomy i cząsteczki izolatora w polu elektrycznym ulegają wyłącznie polaryzacji. półprzewodniki elektrony i dziury, zjonizowane gazy elektrony.

4 Prawo Coulomba Jeżeli dwie naładowane cząstki o ładunkach 1 i 2 znajdują się w odległości r to siła elektrostatyczna F przyciągania lub odpychania między nimi ma wartość: F k 1 r k 8,9910 Nm / C 4 0 Jednostka ładunku 1 kulomb (C): ilość ładunku przepływająca przez przekrój poprzeczy przewodnika w ciągu 1 sekundy jeśli przez przewodnik płynie prąd o natężeniu 1 ampera: I dq dt r - względna przenikalność elektryczna ośrodka, 0 - przenikalność elektryczna próżni.

5 Pole elektryczne Pole elektryczne jest polem wektorowym. Określa się go umieszczając w nim ładunek próbny (dodatni) poczym mierzy się siłę elektrostatyczną działającą na niego. Natężenie pola elektrycznego: F E E k 2 0 r Linie pola elektrycznego: Linie pola elektrycznego wychodzą od ładunku dodatniego i są skierowane ku ładunkowi ujemnemu.

6 Prawo Gaussa Dla prawa Gaussa wprowadzamy umowną powierzchnię zamkniętą powierzchnię Gaussa. prawo Gaussa określa związek między natężeniem pola elektrycznego na powierzchni Gaussa i całkowitym ładunkiem objętym tą powierzchnią innym słowy, opisuje związek między strumieniem F pola elektrycznego przenikającym przez powierzchnie Gaussa i całkowitym ładunkiem wewn 0 F wewn gdzie, strumień F E ds, zatem 0 E ds wewn

7 Potencjał elektryczny Siła Coulomba tak samo jak siła grawitacji jest zachowawcza, zatem identycznie definiujemy elektryczną energię potencjalną. E V p E E p p _ koń E p _ poc W elektryczna energia potencjalna zależy zarówno od konfiguracji (rozmieszczenia) ładunków jaki i ich wielkości V zatem, potencjał elektryczny jest cechą charakterystyczną pola elektrycznego V W W

8 Potencjał a natężenie pola z def. potencjału: z def. pracy: dw 0dV dw F ds 0E ds 0 Ecosds porównując 0dV 0 Ecosds E cos dv ds składowa natężenia E w kierunku s E s V s

9 Pojemność elektryczna przyrząd służący do przechowywania elektrycznej energii potencjalnej to kondensator dla kondensatora ładunek i różnica potencjałów (napięcie) są do siebie proporcjonalne CU stała proporcjonalności C jest pojemnością kondensatora

10 kondensator płaski natężenie pola elektrycznego z p. Gaussa: E ds 0 wewn 0ES różnica potencjałów: U d Eds E 0 pamiętając CU ds Ed otrzymujemy: 0 C S d

11 . Prąd elektryczny Prąd elektryczny jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych o natężeniu: I t Przepływ prądu elektrycznego w przewodniku ujawnia się w wyniku przyłożenia różnicy potencjałów na końcach przewodnika. Wielkość która utrzymuje różnicę potencjałów (czyli zdolność do wykonywania pracy nad ładunkiem) nazywamy siłą elektromotoryczną SEM (E).

12 Przykłady SEM (pompy ładunków) prądnica elektryczna!, bateria elektryczna, ogniwo słoneczne, ogniwa paliwowe, termoogniwa, zwierzęta fizjologiczne źródło SEM nik_pr%c4%85du_sta%c5%82e go ki/bateria_alkaliczna Ogniwo_s%C5%82oneczne i/ogniwo_paliwowe

13 Opór elektryczny Napięcie prądu elektrycznego U jest proporcjonalne do natężenia I. Stała proporcjonalności jest opór R. U R I Związek miedzy oporem elektrycznym R, a oporem właściwym r R L r S L długość przewodnika S pole przekroju poprzecznego przewodnika

14 Opór zastępczy R L r S L długość przewodnika S pole przekroju poprzecznego przewodnika

15 I-sze prawo Kirchhoffa

16 II-gie prawo Kirchhoffa

17 Zastosowanie praw Kirchhoffa

18 Potencjał w obwodzie

19 Potencjał w obwodzie