Page 1

Elektrostatika_intro

Električni naboj - oznake: Q, q, e Imamo pozitivan i negativan naboj. Pozitivno tijelo (čestica) uvijek privlači negativno tijelo i odbija pozitivno. U atomu nalazimo čestice s tzv. intrinsičnim nabojem (Bogom danim) a to su protoni kao pozitivno nabijene čestice, elektroni koji su nositelji negativnog naboja i neutroni koji su električki neutralni. Međutim, većina stvari koje nas okružuju nisu niti pozitivno niti negativno nabijene - one su u električnom smislu neutralne. Zašto? Neko tijelo jest električki “nabijeno” ako nema jednak broj protona i elektrona. Kako bi to postigli tijelu moramo dovesti ili odvesti određenu količinu naboja tj. elektrona. Zašto baš elektrona? Elektron je pokretljiva čestica u odnosu na proton; ima znatno manju masu i nalazi se u omotaču atoma (za razliku od protona koji se nalazi u jezgri pod utjecajem jake nuklearne sile). Zapamtimo: u ovakvim razmatranjima pratimo isključivo gibanje elektrona! Zakon očuvanja naboja: Ukupni naboj izoliranog sustava konstanta je u vremenu. Elementarni naboj: iznos naboja elektrona i protona, oznaka e. e=1.6×10-19 C. Kvantizacija naboja: Q=N·e, N je prirodan broj. npr. naboj izolirane metalne kugle Q=500·e=500·1.6×10-19 C=8×10-17 C Načini razdvajanja naboja: trenjem, dodirom, influencijom. Za razdvajanje naboja potrebno je obaviti određeni rad. Električna influencija je razdvajanje naboja na daljinu pomoću električnog polja. Influencija dolazi do izražaja na vodičima koji imaju lako pokretljive slobodne elektrone. Ako vodič postavimo u homogeno električno polje, zbog pokretljivosti naboja dolazi do njihovog razdvajanja. Naboji se pomiču pod djelovanjem električne sile, a zaustavljaju se kada postignu stanje elektrostatske ravnoteže, odnosno kada na njih sila prestane djelovati [imati ćemo zadatak...].

Coulombov zakon Električna sila koja djeluje na naboje Q1 i Q2 na udaljenosti r, računa se prema

gdje ε0=8.85·10-12 C2/Nm2 nazivamo permitivnošću vakuuma. Ako se naboji nalaze u zraku ili vakuumu možemo pisati i tada je k=9·109 Nm2/C2 Električna (Coulombova) sila opada s kvadratom udaljenosti što prikazuje i graf na slici 1.

slika 1.


Električno polje, potencijal i napon Prostor oko električki nabijenog tijela nazivamo električnim poljem koje prikazujemo zamišljenim “silnicama”. Uzimamo da je pozitivan naboj izvor el. polja, a negativan naboj je ponor el. polja (v. sliku 2.)

slika 2.

Jakost električnog polja definirana je sa Mjerna jedinica jest N/C.

Jakost električnog polja točkastog naboja računamo prema Jakost električnog polja pločastog kondenzatora dana je sa

pri čemu je d udaljenost među pločama kondenzatora i V jest napon koji zapravo označavamo s U. Dakle, formula bi bila E=U/d. To je primjer homogenog električnog polja i silnice su međusobno paralelne (v. sliku 3.)

slika 3.

Električno polje je vektorska veličina i stoga za nalaženje rezultantnog vektora u nekoj točki koristimo princip superpozicije kakav prikazuje slika 4.

slika 4.

Električno polje nemamo u unutrašnjosti vodiča (v. sliku 5.) slika 5.


Električna potencijalna energija Rad koji obavljaju sile u električnom polju pri premještanju točkastog naboja q jednak je gubitku potencijalne energije tog naboja u polju [imati ćemo zadatak...]

Potencijal električnog polja Potencijalom električnog polja naziva se fizička veličina φ koja je jednaka omjeru potencijalne energije pokusnog naboja, koji se nalazi u promatranoj točki polja, i vrijednosti q tog naboja. Izražava se mjernom jedinicom volt (V).

φ=W/q npr. Koliki rad treba za premještanje naboja iz jedne točke el. polja u drugu točku? (v. sliku 6.)

slika 6.

odgovor:

{bit će analiza na pripremama...} Potencijal je skalarna veličina. Razlika potencijala jest napon; U=φ2-φ1 ; mjerna jedinica je volt (V). Ekvipotencijalne plohe su plohe stalnog potencijala; okomite su na silnice el. polja.

Kapacitet i kondenzatori Zamislimo dva vodiča na određenoj udaljenosti d koji imaju jednak i suprotan naboj, +Q i -Q. Takav par vodiča nazivamo kondenzator. Budući da je potrebno uložiti rad (za takvo razdvajanje naboja) za kondenzator kažemo da sadrži električnu potencijalnu energiju naboja. Najpoznatije izvedbe kondenzatora su: pločasti i kuglasti kondenzator. Kapacitet kondenzatora C definiramo kao omjer količine naboja Q i napona U, tj.

C=Q/U Mjerna jedinica je farad (F). U praksi nalazimo mF, μF, nF i pF. Što je veći kapacitet kondenzatora znači da je moguće “uskladištiti” veću količinu naboja pri danom naponu. Pritom kapacitet kondenzatora ovisi o fizičkim osobinama kondenzatora (npr. površini kondenzatora, udaljenosti među pločama, obliku). Umetanje dielektrika (izolatora) među ploče kondenzatora povećava njegov kapacitet. Kapacitet pločastog kondenzatora: A= površina jedne ploče kondenzatora, d= udaljenost među pločama, ε0= permitivnost vakuuma, εr= relativna permitivnost sredstva (εr>1). Kapacitet kuglastog kondenzatora: C∼R, R=polumjer kugle.


Spajanje kondenzatora: - paralelni spoj

- serijski spoj

Energija električnog polja u pločastom kondenzatoru:

Gibanje naboja u električnom polju Kada nabijena čestica uleti nekom početnom brzinom u homogeno električno polje paralelno sa silnicama polja dolazi do ubrzavanja ili usporavanja čestice što ovisi o predznaku naboja čestice. [imati ćemo zadatak...] Kada nabijena čestica uleti okomito na silnice električnog polja mijenja se početni smjer gibanja... [zadatak!!]


fizika  

fizika, elektrostatika

Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you