dq Fd E - Fizyka UMK
advertisement
materiały pomocnicze do RKF dr Zbigniew Łukasiak - str. 1/4 Ładunek elektryczny i pole elektryczne Ładunek elektryczny - ma kwantową (ziarnistą) naturę - tzn. w przyrodzie ładunki elektryczne nie występują w dowolnych ilościach, lecz w porcjach będących całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego. Ładunkiem uznawanym za elementarny jest ładunek elektronu, który wynosi w przybliżeniu: 1,603*10-19 [C] Jednostką ładunku jest kulomb [C] (coulomb: 1 C = 1 A * 1 s) Ładunek może być dodatni (np. protony, dziury w półprzewodnikach) lub ujemny (np. elektrony). Ładunek w przestrzeni „wytwarza” pole elektryczne, które działa na inne ładunki. ładunki jednoimienne odpychają się odpychanie odpychanie ładunki różnoimienne przyciągają się przyciąganie Wielkością charakteryzującą pole elektryczne (podobnie jak inne pola) jest natężenie pola (wielkość wektorowa - ma wartość, kierunek i zwrot). Natężenie pola elektrycznego jest zdefiniowane jako stosunek siły jaki działa na ładunek do wartości tego ładunku. → → → E= F q → lub ściślej E= dF dq Jednostką pola elektrycznego jest więc 1N/1C (niuton na kulomb), lecz z praktycznych względów stosuje się V/m (wolt na metr). materiały pomocnicze do RKF dr Zbigniew Łukasiak - str. 2/4 Napięcie - różnica potencjałów Ładunki znajdujące się w przewodniku pod wpływem siły mogą się przemieszczać. Jeśli ładunek przemieści się z jednego punktu do drugiego to zostaje wykonana praca. Stosunek tej pracy do wartości przemieszczonego ładunku nazywa się różnicą potencjałów, zaś różnicę potencjałów wyraża się w woltach. 1V = 1J 1C (wolt = dżul na kulomb) Potencjał zawsze jest określany względem pewnego poziomu odniesienia, zwykle w elektronice/elektrotechnice taki poziom odniesienia nazywa się masą (lub punktem/potencjałem masy - po angielsku ground - „ziemia”) i przyjmuje się, że potencjał masy jest równy 0. Różnicę potencjałów elektrycznych nazywamy napięciem, które również wyrażane jest w woltach [V]. Uwaga! Elektronicy w „codziennym życiu” pojęć „potencjał” i „napięcie” używają zamiennie. W takim środowisku „praktyków” takie postępowanie jest dopuszczalne, należy jednak pamiętać, że dopuszczalne nie oznacza poprawne! Analogia do ciśnienia i energii potencjalnej w polu grawitacyjnym materiały pomocnicze do RKF dr Zbigniew Łukasiak - str. 3/4 Prąd elektryczny Zorganizowany ruch ładunku elektrycznego nazywa się prądem elektrycznym. Prąd określany jest przez natężenie (można równoważnie stosować pojęcia „prąd” i „natężenie prądu”). Jednostką natężenia jest amper określony jako stosunek ilości przepływającego ładunku do czasu. I= dq dt 1A = 1C 1s (1 amper = kulomb na sekundę) Historycznie przyjęto, że prąd jest wynikiem ruchu ładunków dodatnich, więc kierunek prądu jest dodatni, jeśli płynie w kierunku „od plusa do minusa”. W praktyce (za wyjątkiem np. dziur w półprzewodnikach) zwykle prąd jest rozumiany jako ruch elektronów (obdarzonych ładunkiem ujemnym), więc w rzeczywistości poruszają się one przeciwnie do kierunku prądu. prąd ruch elektronów Aby w obwodzie popłynął prąd - obwód musi być zamknięty i pomiędzy dwoma punktami tego obwodu napięcie musi być różne od zera. materiały pomocnicze do RKF dr Zbigniew Łukasiak - str. 4/4 Oporność, oporność właściwa (rezystancja, rezystywność) Jeśli przez dany materiał może płynąć prąd i z materiału tego wykonamy przewód (np. o przekroju kołowym), to prąd ten przy danej stałej różnicy potencjałów zależy od: 1. długości przewodu - im przewód dłuższy, tym prąd jest mniejszy 2. pola przekroju poprzecznego - im większy przekrój, tym większy prąd 3. od rodzaju materiału - różne materiały lepiej lub gorzej przewodzą prąd 4. od innych czynników, które zwykle można pominąć (temperatura, oświetlenie, promieniowanie, pole magnetyczne i inne) Najważniejszym parametrem, który opisuje zdolność danego materiału do przewodzenia prądu jest oporność właściwa (lub rezystywność). Oznacza się ją zwykle jako ρ (ro). Jednostką jest tu Ω*m (omometr), często stosuje się pochodną jednostkę Ω*cm omocentymetr. Przykłady: Materiał Oporność właściwa * 10-6 Ω*cm Al (aluminium) 2,6 C (węgiel) 350 Cu (miedź) 1,7 Ag (srebro) 1,5 Dobry przewodnik = mała opornośc właściwa. Oporność (rezystancja) danego elementu (o danych wymiarach i kształcie, wykonanego z konkretnego materiału) wyraża wzór: R =ρ l [Ω ] A Jednostką oporności jest Ohm (om). R - oporność, l - długość, A - pole przekroju. Podsumowanie (napięcie, prąd, oporność) Nazwa wielkości powszechnie jednostka (SI) symbol jednostki stosowany symbol Napięcie U lub u wolt V Prąd I lub i amper A Oporność R lub r ohm Ω
