Otázka: Elektrický náboj, elektrické pole
Předmět: Fyzika
Přidal(a): Adéla
Elektrický náboj, elektrické pole
- elektricky nabitá tělesa mají elektrický náboj.
- fyz. veličina el. náboj……….. Q (q) jednotka 1C (coulomb) (1C=1A.s) (1A..ampér)
- náboj 1C projde průřezem vodiče při proudu 1A za 1s
2 druhy elektrického náboje:
- ->kladný
- ->záporný
El. náboj je dělitelný až na elementární náboje
- ->záporný elementární náboj….. –e…náboj elektronu
- ->kladný –ll- …….+e…náboj protonu
- v elek. neutrálních tělesech jsou celkové počty kladných a záporných elementárních nábojů stejné a jejich účinek se na venek ruší.
- při elektrování těles přecházejí některé elektrony z jednoho tělesa na druhé.
- elektrování těles
- -> těleso s nedostatkem elektronů je nabité kladně
- -> těleso s přebytkem elektronů je nabité záporně
- těleso lze zelektrovat např: třením nebo dotykem
- zelektrované těleso působí silou na jiná tělesa
- 2 tělesa se souhlasnými náboji se odpuzují, s nesouhlasnými se přitahují.
Zákon zachování elektrického náboje
- celkový el. náboj se vzájemným elektrováním v izolované soustavě těles nemění. El. náboj nelze vytvořit, ani zničit.
Látky dělíme na:
- ->vodiče
- ve vodičích se náboj snadno přemisťuje (kovy)
- valenční elektrony se od atomů odpoutávají a tvoří elektronový plyn.
- ->izolanty
- v izolantech se náboj nepřemisťuje, protože elektrony jsou pevně vázané na jednotlivé atomy.
SILOVÉ PŮSOBENÍ EL. NÁBOJŮ, COULOMBŮV ZÁKON
- zelektrované a nenabité těleso na sebe působí přitažlivými silami.
- 2 zelektrovaná tělesa na sebe navzájem působí silami přitažlivými nebo odpudivými, mluvíme o elekt.silách, protože příčinou je elek. náboj .
- zelektrované těleso nahrazujeme modelem, říká se mu bodový náboj.
BODOVÝ NÁBOJ
- hmotný bod, jehož elektrický náboj je stejný jako náboj zelektrovaného tělesa.
COULOMBŮV ZÁKON
2 bodové náboje v klidu na sebe působí stejně velkými silami opačně orientovanými, pro jejich velikost platí:
Fe=k.(lQ1.Q2l)/r^2
- velikost Fe elektrické síly je přímo úměrná absolutní hodnotě součinu velikostí nábojů a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti.
- konstanta k závisí na prostředí, ve kterém se náboje nacházejí: k=1/4πε
ε….permitivita prostředí
ε0….permitivita vakua ε0=8,85.10-12 C2N-1m-2
εr….relativní permitivita (bezrozměrné číslo, nemá jednotku)
εr=1 (pro vakuum) ε=εr.ε0
εr=1,006 (pro vzuch)
εr>1 (pro ostatní prostředí)
k= 1/(4πε0 ) = 1/(4π * 8,85 *10^-12 ) =9*10^9 Nm^2 *C^-2
INTENZITA EL. POLE
- v okolí nabitého tělesa je el. pole
- projevuje se silovým působením na jiná tělesa.
- velikost el. síly, která působí na bodový náboj, závisí na velikosti tohoto náboje, proto se síla nehodí k popisu el. pole.
- dané místo el. pole charakterizujeme vektorovou veličinou Ē….intenzita el. pole Ē=Fe/q 1N/C
- intenzita el. pole je určena podílem el. síly Fe, která v daném místě pole působí na bodový náboj q a tohoto náboje.
- je-li náboj q umístěný do pole kladný, mají E a Fe stejný směr
- je-li záporný, mají směr opačný.
- velikost intenzity el. pole je číselně rovna velikosti síly, která by v daném místě pole působila na kladný náboj 1C
Fe=E.q
INTENZITA EL. POLE BODOVÉHO NÁBOJE
- Fe <—-Q +…r……q+—àFe (náboj, který se v poli nachází)
(náboj, který vytváří el. pole) - Fe= (kQq)/(r^2) // E=Fe/q=kQ/r^2 // E=kQ/r^2
- intenzita el. pole má stejnou ve všech bodech, které leží ve stejné vzdálenosti r od náboje Q, který vytváří pole.
- intenzita má směr polopřímky vycházející ( nebo vstupující) do náboje Q.
- toto pole nazýváme centrální (radiální) pole
- homogenní pole – má všech bodech stejnou intenzitu, co do směru i velikosti
- E=konstantní
- vzniká např: mezi dvěma rovnoběž., navzájem izolovanými kovovými deskami, z nichž 1 má náboj kladný a druhá stejně velký náboj záporný.
ELEKTRICKÉ SILOČÁRY
- slouží ke znázornění el. pole (model)
- siločára procházející určitým bodem pole je myšlená čára vedená prostorem tak, aby vektor intenzity el. pole měl směr tečny k této čáře.
- siločáry jsou spojité, začínají na kladném a končí na záporném náboji (nebo obíhají do nekonečna)
- jsou kolmé k povrchu nabitého tělesa, navzájem se neprotínají
- hustota siločar se volí tak, aby počet siločar procházejících kolmo k určité ploše byl úměrný intenzitě el. pole uprostřed této plochy.
- OSAMOCENÝ BODOVÝ NÁBOJ
- SOUSTAVA NÁBOJŮ
- HOMOGENNÍ EL. POLE
PRINCIP SUPERPOZICE V ELEKTROSTATICE
- -> na vybraný náboj půs. celá soustava nábojů Q1,Q2,…,Qn
- -> mezi nábojem Q a libovolným nábojem Q1 platí coulombův zákon
- -> výsledná síla F, která půs. na náboj q daná vektorovým součtem sil F=F1+F2+….+Fn
- ->vydělíme- li tuto rovnici nábojem q, dostaneme vztah pro intenzitu el. pole v daném místě
- -> výsledná intenzita el. pole v určitém bodě soustavy el. nábojů je vektorovým součtem intenzit polí vyvolaných v tomto bodě jednotlivými náboji
F/q=F1/q+⋯+F_n/q
E=E1+E2+⋯+E_n
PRÁCE V HOMOGENNÍM EL. POLI
- -> homogenní el. pole o intenzitě E.
- -> do pole vložíme kladný náboj q
- -> působením el. síly Fe se pohybuje po siločáře Fe=E.q
- -> z bodu A do bodu B náboj urazí dráhu d (měřeno po siločáře)
- -> el. síla vykoná práci WAB=Fe.d= E.q.d
- -> práce je přímo úměrná přenášenému náboji q
Jednotka 1J (joule)
->WAC=WAB
WAD=WAB
- -> práce vykonaná el. silou nezávisí na trajektorii, pouze na vzdálenosti d počátečního a koncového bodu trajektorie, kterou měříme po siločáře.
- -> podíl UAB=WAB/q=E.d se nazývá el. napětí mezi body A,B. (jednotka 1V- volt)
- 1V=1J/C= (kg*m^2)/(A.s^3)-> napětí UAB mezi 2 body el. pole je podíl práce vykonané el. silou při přenesení bodového náboje z A do B a tohoto náboje.
- ->napětí nezávisí na velikosti přeneseného náboje a na tvaru jeho trajektorie
- -> napětí mezi dvěma body el. pole je určeno jen polohou obou bodů.
- UAB=E*d
- E=UAB/d (jed*1 V/m)
- WAB=q*E*d=q*UAB (jed*1V/m)
