FIZYKA dla studentów POLIGRAFII Wykład 2

advertisement
FIZYKA dla studentów
POLIGRAFII
Elektrostatyka
Ładunek elektryczny
Ładunek jest skwantowany:
Jednostką ładunku elektrycznego w układzie SI jest 1 kulomb (1C).
Ładunek przenoszony przez prąd elektryczny o
natężeniu jednego ampera w czasie jednej sekundy.
Ładunek elementarny:
pozyton
Prawo zachowania ładunku:
foton
elektron
Prawo Coulomba
Ładunki q1 i q2 w odległości r w próżni:
Przenikalność elektryczna próżni
Prawo Coulomba
Siły przyciągające dla
ładunków różnoimiennych
Siły odpychające dla
ładunków jednoimiennych
Dla ładunków różnoimiennych iloczyn q1 i q2 jest ujemny.
Prawo Coulomba
Siły kulombowskie od wielu ładunków:
qi
F3k
qk
q2
F2k
q3
F1k
Fik
q1
Ładunek qk otoczony
przez N innych
ładunków.
Natężenie pola elektrycznego
Natężenie – siła działająca na ładunek jednostkowy:
Jednostka natężenia: 1 N/C
q0 - ładunek próbny
Wersor wskazujący kierunek wektora E
Linie sił pola elektrycznego
Pole elektryczne
Zasada superpozycji pól:
Pole elektryczne
Dla ciągłego rozkładu ładunku definiujemy:
Gęstość liniową ładunku:
Gęstość powierzchniową:
Gęstość objętościową:
Pole elektryczne
Pole ładunku rozłożonego w sposób ciągły:
dq – ładunek punktowy
Dipol elektryczny:
+
+q
-q
Praca sił pola elektrycznego
- wektor wodzący ładunku q0
- wersor
Praca sił pola elektrycznego
Praca wynosi zero, kiedy punkt końcowy pokrywa się z punktem
początkowym (przemieszczenie po drodze zamkniętej).
Energia potencjalna:
Gdy
to U
const
Przyjmujemy const = 0
Potencjał pola elektrycznego
Potencjał pola – energia potencjalna ładunku jednostkowego
umieszczonego w danym punkcie pola:
Dla układu N ładunków:
Potencjał pola elektrycznego
Potencjał w danym punkcie pola równy jest liczbowo pracy jaką
wykonują siły pola przy przesunięciu jednostkowego ładunku
dodatniego z tego punktu do nieskończoności.
Jednostką potencjału jest wolt (1V). Jest to potencjał w takim punkcie
pola do którego przesunięcie ładunku 1C wymaga pracy równej 1J.
1V=1J/1C
Potencjał a natężenie pola elektrycznego
Jeśli wektory E i r mają zgodne kierunki:
Potencjał a natężenie pola elektrycznego
Natężenie pola = -(gradient potencjału)
Pole elektrostatyczne jest polem potencjalnym.
Potencjał pola elektrycznego
+
-
+
-
+
+
+
+
+
-
Linie pola i powierzchnie
ekwipotencjalne jednorodnego
pola sił.
-
Przestrzenny wykres energii
potencjalnej jednorodnego pola sił.
Strumień wektora natężenia pola
Strumień wektora natężenia pola
E
q
E
E
E
q
q
2
  E  4R 
 2  4R 
4 0 R
0
2
1
Strumień wektora natężenia pola
Strumień pola elektrycznego
przez powierzchnię dS.
dSn - projekcja elementu powierzchni
dS odległej o r od ładunku q
na powierzchnię prostopadłą do
prostej przechodzącej przez ładunek i
tę powierzchnię
kąt bryłowy równy:
Prawo Gaussa

q
0
Dla n ładunków wewnątrz powierzchni S:
Strumień wektora natężenia pola elektrycznego przez dowolną
powierzchnię zamkniętą równy jest algebraicznej sumie ładunków
obejmowanych przez tę powierzchnię, podzielonej przez
Dla ciągłego rozkładu ładunku:
Prawo Gaussa
Strumień wektora
natężenia pola
suma ładunków obejmowanych
przez powierzchnię
Animacje: http://phys23p.sl.psu.edu/phys_anim/EM/indexer_EM.html
Jednorodnie naładowana powierzchnia kuli
Gęstość powierzchniowa 
R
Dla punktów na zewnątrz sfery:
Dla punktów wewnątrz sfery:
E=0
Jednorodnie naładowana kula
Gęstość objętościowa 
R
r
Dla punktów wewnątrz kuli:
Jednorodnie naładowana kula
R
1 4 3
E  4r   R  
0 3
2
Dla punktów na zewnątrz kuli:
R3  1
E
 2
3 0 r
Pole ładunku sferycznie-symetrycznego
Jednorodnie naładowana kula
Jednorodnie naładowana
powierzchnia kuli
Przewodniki w polu elektrycznym
-
E
-
+
+
+
E=0
E
E
Objętość przewodnika i jego powierzchnia stanowią
obszary ekwipotencjalne.
Niezrównoważone ładunki elektryczne rozłożone
są jedynie na powierzchni przewodnika.
+
+
+
Natężenie pola w pobliżu powierzchni przewodnika
Generator Van de Graaffa
Można osiągnąć różnicę
potencjałów pomiędzy czaszą
a ziemią rzędu milionów wolt.
Pojemność elektryczna
Potencjał przewodnika jest proporcjonalny
do zgromadzonego na nim ładunku.
1F = 1C/1V
Analogia:
Pojemność elektryczna kuli
Kula z przewodnika o promieniu R
R
Na zewnątrz kuli:
Pojemność elektryczna
Obecność innych przewodników
zmniejsza potencjał.
...i zwiększa pojemność.
Kondensator – gromadzi duży
ładunek przy niewielkiej różnicy
potencjałów.
+q
-q
Kondensator
d
S
Dla pola jednorodnego:
+q
-q
Kondensatory
Równoległe połączenie kondensatorów
Kondensatory
Szeregowe połączenie kondensatorów
Dielektryki
dielektryk
Kondensator o pojemności C0
+q
CC0 > C0
stała dielektryczna
-q
lub
względna przenikalność elektryczna dielektryka
Dielektryki
+
Moment dipolowy cząsteczki dielektryka:
Jeśli l = 0 – dielektryk niepolarny (np. H2, N2, O2)
W obecności pola elektrycznego ładunki rozsuwają się.
dipol sprężysty
polaryzowalność cząsteczkowa dielektryka
Dielektryki niepolarrne
Dielektryki polarne
dielektryk polarny:
Moment dipolowy różny od 0 w nieobecności pola elektrycznego
np.H2O lub HCl
Dielektryki
polaryzacja dielektryka:
elektronowa
jonowa
dipolowa
Dielektryki
wektor polaryzacji dielektryka:
n – liczba cząsteczek w objętości dV
Dla dielektryka niepolarnego:
- podatność elektryczna dielektryka
Dielektryki
Pole elektryczne w dielektryku
stosujemy prawo Gaussa:
E – pole w dielektryku
S – powierzchnia kondensatora
Dla kondensatora próżniowego
Pole elektryczne w dielektryku
Pole elektryczne w dielektryku
Wektor indukcji elektrycznej
Wektor polaryzacji
Ferroelektryki
Download
Random flashcards
ALICJA

4 Cards oauth2_google_3d22cb2e-d639-45de-a1f9-1584cfd7eea2

bvbzbx

2 Cards oauth2_google_e1804830-50f6-410f-8885-745c7a100970

66+6+6+

2 Cards basiek49

Create flashcards