elektrické pole a elektrický náboj

22
Elektrické pole a elektrický 1. část

Upload: hieu

Post on 06-Jan-2016

78 views

Category:

Documents


4 download

DESCRIPTION

1. část. Elektrické pole a elektrický náboj. jádro (protony, neutrony) Látka → molekuly→ atomy obal (elektrony) Elementární náboj:. Elektrický náboj 1) vyjadřuje stav elektricky nabitých těles, 2) vyjadřuje fyzikální veličinu, která je mírou tohoto stavu. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Elektrické pole a  elektrický náboj

Elektrické pole a elektrický náboj

1. část

Page 2: Elektrické pole a  elektrický náboj

Elektrický náboj 1) vyjadřuje stav elektricky nabitých těles,2) vyjadřuje fyzikální veličinu, která je mírou tohoto stavu.

[Q] = C (coulomb)Elektrický náboj je vázán na částice látky.

jádro (protony, neutrony)

Látka → molekuly→ atomy obal (elektrony)

Elementární náboj:Qprotonu = +e = +1,602.10-19 C

Qelektronu = -e = -1,602.10-19 C

+

-

Page 3: Elektrické pole a  elektrický náboj

Kladný ion vznikne odtržením elektronů z obalu.Záporný ion vznikne připojením elektronů k obalu.• Elementární náboj je podle současných představ nedělitelný.• Náboj je kvantován (je celistvým násobkem e).Zákon zachování náboje: Celkový náboj se v elektrickyizolované soustavě nemění. Náboj nelze vytvořit ani zničit.

Vlastnosti elektrického nábojeZ neutrálního atomu se mohou stát ionty.

kladný ion záporný ion

Page 4: Elektrické pole a  elektrický náboj

Elektrický náboj se dotykem přenese na elektroskop, ručka a tyč se nabijí stejným nábojem a odpuzují se.

--- ---

Elektroskop. Elektrometr.Elektricky nabité těleso působí silou na jiná tělesa.

Page 5: Elektrické pole a  elektrický náboj

Dvě tělesa s nesouhlasnými elektrickými náboji senavzájem přitahují.Dvě tělesa se souhlasnými elektrickými náboji senavzájem odpuzují.

Vzájemné silové působení elektrických nábojů Bodový elektrický náboj – bod, do něhož soustředěn

veškerý náboj, jehož rozměry zanedbáme.

eFeF

1Q 2Q

+ +eFeF

1Q 2Q

+ -Vzájemné silové působení se

uskutečňuje prostřednictvím

elektrického pole.

Elektrické pole je v okolí elektricky

nabitého tělesa.

Page 6: Elektrické pole a  elektrický náboj

Velikost elektrické síly Fe, kterou na sebe působí dva bodové náboje, je přímo úměrná součinu velikostí nábojů Q1, Q2 a nepřímo úměrná druhé mocninějejich vzdálenosti r.Coulombův zákon platí v mikrosvětě, v megasvětě nebyl vyvrácen – - nelze se opřít o experimenty. C. z. platí pro náboj v klidu.

221

e r

QQkF

Coulombův zákon

+

r

eFeF

1Q 2Q

+ +eFeF

1Q 2Q

-

Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), francouzský fyzik

Page 7: Elektrické pole a  elektrický náboj

221

e r

QQkF

4

1k

- permitivita prostředí

0 = 8,854.10-12 C2.N-1.m-2 - permitivita vakua

r - relativní permitivita (tabelována), ≥ 1

Konstanta úměrnosti k

Velikost konstanty úměrnosti k závisí na prostředí, v němžnáboje na sebe působí. k = 9 . 109 N . m2 . C-2 pro vakuum, přibl. pro vzduch

r0

221

r0e 4

1

r

QQF

Page 8: Elektrické pole a  elektrický náboj

Relativní permitivita

Voda 81 Dusík 1,000 528

Petrolej 2,1 Helium 1,000 066

Aceton 21,4 Vodík 1,000 252

Papír suchý* 2,6 Vzduch 1,000 536

Olej* 2,5 - 4,2 Diamant 5,5

Slída* 6 – 7 Sůl kamenná 5,9

Sklo* 4,9 – 6,9 Plexisklo* 3 – 4,5

Kapaliny při 20°C, plyny při 25°C, tlaku 101,325 kPa,

* izolanty

Page 9: Elektrické pole a  elektrický náboj

Q+

Intenzita elektrického pole- je vektorová veličina charakterizující elektrické pole.

Intenzita elektrického pole je definována podílem elektrické síly Fe, která působí na kladný bodový elektrickýnáboj Q/ v daném místě pole a velikosti tohoto náboje Q/.

/QeF

/e

QF

E

1C.N Q

FE e

+

Page 10: Elektrické pole a  elektrický náboj

Směr a velikost intenzity elektrického pole

Q+

E

Q-

EeF

/Q

Směr vektoru intenzity elektrického pole E je stejný,jako směr vektoru elektrické síly Fe, působící na kladnýelektrický náboj v tomto místě pole.

2e

||

r

QQkF

/

/Q

FE e /

/

Qr

QQk 2

||

2r

|Q|kE

Page 11: Elektrické pole a  elektrický náboj

Elektrické pole a intenzita elektrického pole 1. radiální (centrální)

Radiální pole je v okolí bodového náboje.Intenzita elektrického pole E směřuje od náboje, nebosměřuje do náboje .

+Q

E

Q

E

-

Page 12: Elektrické pole a  elektrický náboj

- mezi dvěma rovnoběžnými kovovými deskami - intenzita má všude stejný směr i velikost

+ -E

2. homogenní

Page 13: Elektrické pole a  elektrický náboj

Model elektrického pole (siločarový)

Siločára je myšlená čára, jejíž tečna sestrojená v každémjejí bodě určuje směr intenzity E.

+ -

E- dvou nesouhlasných nábojů

Page 14: Elektrické pole a  elektrický náboj

- dvou souhlasných nábojů

++

Page 15: Elektrické pole a  elektrický náboj

+ - Q

FE e

QEF e

Q

E

cos..sFW

cos21e ddFWe

cos... dEQWe

d

1d

+

2d

eF+

Na náboj Q působí elektrická síla Fe, která ho uvede do pohybu a posune ho o vzdálenost d. φ směr síly a vektoru posunutí. Elektrická síla vykoná elektrickou práci We.

Elektrická práce We

Page 16: Elektrické pole a  elektrický náboj

+ -

Vykonaná práce nezávisí na délce trajektorie, ale na vzdálenosti d.

Q

E

d++

eF+

+ náboj: 0° ≤ φ < 90° → W > 090° < φ ≤ 180°→ W < 0 φ = 0 → W = 0

- náboj: 0° ≤ φ < 90° → W < 090° < φ ≤ 180°→ W > 0 φ = 90° → W = 0

+

-

Page 17: Elektrické pole a  elektrický náboj

elektrická potenciální energie = práce elektrických sil při přemístění náboje z daného místa na Zem

Energie bodového náboje v elektrickém poli Ep

pFe EW

eF

Q

d

+

GF

pFG EW

h

m

QEdW Fe mghW FG

Page 18: Elektrické pole a  elektrický náboj

+ -E

d

Q+

Elektrický potenciál

Q

Wee -1J.Ce

Elektrický potenciál definujeme jako podíl práce W, kterou vykonají elektrické síly při přemístění kladného náboje Q do místa nulové intenzity a tohoto náboje.

QEdW

volt Ve

Q

QEde

Ede

Page 19: Elektrické pole a  elektrický náboj

+ -

Hladiny potenciálu (ekvipotenciální plochy)

Hladinu nejvyššího potenciálu tvoří kladná deska.Hladinu nulového potenciálu tvoří uzemněná deska.

e e

Ed e

V 0e0-e

Množina bodů elektrického pole se stejným potenciálemtvoří hladiny potenciálu.

d

Page 20: Elektrické pole a  elektrický náboj

Hladiny potenciálu radiálního elektrického pole

Hladiny potenciálu radiálního elektrického pole bodovéhonáboje jsou soustředné kulové plochy.

Q

E

Q

E

-+3e

2e1e

3e2e

1e

Page 21: Elektrické pole a  elektrický náboj

U

+ -

Elektrické napětí U

Absolutní hodnota rozdílu potenciálů mezi dvěma bodyelektrického pole je elektrické napětí.

1e2e U

(volt) VU

3e 2e 1e

e e

A B

U

Page 22: Elektrické pole a  elektrický náboj

+ -

e e

Vztah mezi intenzitou elektrického pole E a elektrickým napětím U v homogenním elektrickém poli

Ed e

eU

Elektrické napětí mezi kladnou a zápornou deskou jerovno součinu intenzity pole a vzdálenosti desek.

d

E

EdU

1V.m E