Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Ładunek elektryczny Natura ładunku jest ziarnista, kwantowa Cała materia zbudowana jest z cząstek elementarnych o ładunku ujemnym, ładunku dodatnim i cząstek.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Ładunek elektryczny Natura ładunku jest ziarnista, kwantowa Cała materia zbudowana jest z cząstek elementarnych o ładunku ujemnym, ładunku dodatnim i cząstek."— Zapis prezentacji:

1 Ładunek elektryczny Natura ładunku jest ziarnista, kwantowa Cała materia zbudowana jest z cząstek elementarnych o ładunku ujemnym, ładunku dodatnim i cząstek elektrycznie obojętnych. Ładunek punktowy punkt materialny obdarzony różnym od zera ładunkiem elektrycznym Elektromagnetyzm

2 Zasada zachowania ładunku – sumaryczny ładunek układu odosobnionego jest wielkością stałą (algebraiczna suma ładunków w układzie izolowanym jest stała i nie zmienia się w czasie) Prawo niezmienności ładunku elektrycznego - wartość ładunku elektrycznego nie zależy od jego prędkości i jest taka sama we wszystkich układach inercjalnych. foton przed zderzeniempo zderzeniu e+e+ e-e-

3 Pole elektrostatyczne – mówimy, że w pewnym obszarze istnieje pole elektrostatyczne, jeżeli na każdy ładunek umieszczony w tym obszarze działa siła proporcjonalna do wielkości tego ładunku Źródłem pola są ładunki elektryczne – pole źródłowe. Ładunek wytwarza pole w otaczającej go przestrzeni i dopiero te pole działa na pozostałe ładunki. Pole elektrostatyczne

4 +q +Q Prawo Coulomba – oddziaływanie pomiędzy ładunkami punktowymi dla próżni

5 Dla ośrodka materialnego Przenikalność względna ośrodka – wskazuje ile razy przenikalność bezwzględna ośrodka jest większa od przenikalności próżni

6 Przenikalność względna dielektryków Rodzaj dielektryka Przenikalność elektryczna względna  r olej transformatorowy2  2,5 Amoniak (-34ºC – ciecz)22 Chlorek sodu6 porcelana6  8 szkło3,1  4,4 Powietrze, para wodna1 Woda (ciecz)80

7 Wielkości charakteryzujące pole elektrostatyczne dla ładunku punktowego Wektor natężenia pola elektrostatycznego Potencjał pola elektrostatycznego dla ładunku punktowego

8 Linie pola - tory do których styczne pokrywają się w każdym punkcie z wektorem natężenia. Kierunek jest określony przez zwrot wektorów natężenia, czyli zwrot sił działających na ładunki dodatnie. Linie te mają początek i koniec - nie są to linie zamknięte. ładunek próbny – mały, tak by nie zaburzał pola, które „mierzy” i dodatni q0q0 Linie pola ładunków punktowych

9 Pole jednorodne - pole, w którego wszystkich punktach wektor natężenie pola jest jednakowy ma taką samą wartość, kierunek i zwrot linie sił są równoległe. kondensator płaski pole jednorodne Pole pochodzące od ładunku punktowego nie jest jednorodne!!!.

10 Zasada superpozycji - natężenie pola elektrostatycznego dowolnym punkcie jest sumą wektorową natężeń pól w tym punkcie, pochodzących od każdego z ładunków

11 Linie pola elektrycznego i powierzchnie ekwipotencjalne układu ładunków punktowych. Im większe zagęszczenie linii sił, tym natężenie pola elektrostatycznego jest większe.

12 Przykłady linii pola elektrostatycznego

13 Potencjał elektryczny Jaką minimalną pracę trzeba wykonać aby przenieść ładunek q pomiędzy punktami a i b w polu elektrostatycznym? a b q praca jest wykonywana przeciw siłom elektrycznym Praca wykonana przy przeniesieniu jednostkowego ładunku

14 Przesuwamy ładunek próbny w polu ładunku punktowego +q po drodze aa’b. Na odcinku aa’ praca W=0 – pole radialne, W=F  s  cos90 º = 0. Na odcinku a’b pole ma kierunek ruchu a b a’ +q Praca

15 Praca nie zależy od drogi (można ten wynik uogólnić na dowolny kształt drogi)- pole elektrostatyczne jest polem zachowawczym a b a’ +q a’’’ a’’

16 Potencjał elektrostatyczny w dowolnym punkcie pola jest wyznaczony z dokładnością do stałej, równej wartości potencjału w innym punkcie pola. Jeśli jako odniesienie przyjmiemy punkt leżący w nieskończoności wówczas a b q Praca wykonana przy przeniesieniu ładunku q pomiędzy punktami a i b jest równa:

17 Potencjał pola w punkcie określonym wektorem względem punktu znajdującego się w nieskończoności Funkcję  nazywamy potencjałem związanym z polem wektorowym. Jest to funkcja skalarna zależna od położenia punktu – pole skalarne. Zadając pole wektorowe możemy wyznaczyć potencjał z dokładnością do stałej.

18 W przypadku pola wytworzonego przez ładunek punktowy W przypadku pola wytworzonego przez układ ładunków punktowych

19 Powierzchnia ekwipotencjalna powierzchnia jednakowego potencjału zbiór wszystkich punktów, w których potencjał pola elektrostatycznego ma taką samą wartość. Powierzchnie ekwipotencjalne są powierzchniami prostopadłymi w każdym punkcie do linii sił pola. Powierzchnie ekwipotencjalne są sferami o środkach znajdujących się w punkcie, w którym znajduje się ładunek. dla ładunków punktowych

20 Linie pola elektrycznego i powierzchnie ekwipotencjalne układu ładunków punktowych. Im większe zagęszczenie linii sił, tym natężenie pola elektrostatycznego jest większe. Przenosząc ładunek po linii ekwipotencjalnej nie wykonujemy pracy

21 Własności elektryczne ciał zależne są od ruchliwości nośników ładunku – elektronów, jonów. Jak wygląda pole wewnątrz przewodnika po ustaleniu się stacjonarnego rozkładu ładunków? Rozkład stacjonarny wszystkie siły się równoważą jeśli na nośniki ładunku działają siły niekulombowskie, to oznacza, że w przewodniku istnieje pewne skończone pole elektryczne znoszące działanie innych sił. Jednorodny izotropowy przewodnik - pole musi znikać wewnątrz takiego przewodnika. Przewodniki prądu w polu elektrostatycznym

22 Elektrycznie obojętne, nieprzewodzące ciało zawiera unieruchomione ładunki dodatnie i ujemne. Pole elektryczne jest jednakowe wewnątrz ciała i poza nim.

23 Ładunki zostały uwolnione i zaczynają się poruszać. Ruch ładunków będzie trwał do osiągnięcia stanu równowagi – nie przesuwają się poza powierzchnię przewodnika. Wewnątrz wytwarza się pole kompensujące pole początkowe pole zewnętrzne pole wewnętrzne

24 Stan równowagi – pole wewnątrz przewodnika musi znikać – gdyby tak nie było ładunki poruszałyby się nadal (F = qE). Potencjał może zmienić się gwałtownie na powierzchni przewodnika – skok potencjału – na zewnątrz E  0. Powierzchnia przewodnika powierzchnia ekwipotencjalna

25 Pojemność elektryczna +q -q 11 22 d S Jeśli pole wewnątrz płyt jest jednorodne to Gęstość powierzchniowa ładunku na wewnętrznej powierzchni płyty Całkowity ładunek na okładce zaniedbano efekty brzegowe – przybliżona wartość ładunku

26 Dielektryki Dielektryk (izolator) – materiał nie przewodzący prądu elektrycznego dokładniej – przewodzi prąd o – razy słabiej od przewodników. +- dielektryk stała dielektryczna Własności elektryczne materii

27 Pojemność kondensatora Jeśli okładki kondensatora są odłączone od źródła napięcia Q = const napięcie na kondensatorze zmaleje ε razy Dla kondensatora płaskiego natężenie pola elektrycznego maleje ε razy Dlaczego?

28 Na powierzchni dielektryka muszą wystąpić ładunki wytwarzające pole elektryczne w przeciwnym kierunku – ładunki polaryzacyjne (związane) przewodnik (ładunki swobodne) natężenie pola w pustym kondensatorze gęstość powierzchniowa ładunków swobodnych gęstość powierzchniowa ładunków polaryzacyjnych Przyczyną pojawienia się ładunku polaryzacyjnego na powierzchni dielektryka jest zjawisko polaryzacji dielektryka.

29 Dipol elektryczny – układ dwóch ładunków punktowych różnoimiennych, q 1 = q 2 =q Wartość momentu dipolowego takiego układu Moment dipolowy rozkładu ładunków

30 Jeżeli wektory momentów dipolowych wszystkich atomów (cząsteczek) są jednakowe, to wektor polaryzacji liczba atomów (cząsteczek) w jednostce objętości - koncentracja Wektor polaryzacji – moment dipolowy przypadający na jednostkę objętości

31 Wewnątrz dielektryka sumaryczny ładunek Q = 0. W każdej warstwie przypowierzchniowej wartość ładunku Bezwzględna wartość gęstości ładunku polaryzacji = polaryzacji

32 + + - molekuła niesymetryczna – polarna, trwały moment dipolowy  0 molekuła symetryczna - niepolarna, trwały moment dipolowy = 0

33 Dielektryki niepolarne w jednorodnym polu elektrycznym – polaryzacja elektronowa Rozważmy symetryczną cząsteczkę wodoru H 2. H H 

34 rr oddziaływanie między protonem i elektronem działanie pola zewnętrznego na elektron indukowany moment dipolowy

35 Ogólnie indukowany moment dipolowy atomu (cząsteczki) współczynnik  - polaryzowalność atomu (cząsteczki)

36 Dielektryki polarne w jednorodnym polu elektrycznym – polaryzacja orientacyjna Zewnętrzne pole elektryczne powoduje takie ustawienie cząsteczek dielektryka, aby ich moment dipolowy był zgodny z kierunkiem pola elektrycznego. Ruch cieplny cząsteczek przeciwdziała takiemu ustawieniu. Można wykazać, że wektor polaryzacji dielektryka polarnego k B = stała Boltzmanna

37 Ferroelektryki Charakteryzują się: dużą przenikalnością dielektryczną, np. tytanian baru (BaTiO 3 ) – ε = 5900 nieliniową zależnością polaryzacji od przyłożonego pola elektrycznego wartości polaryzacji (a więc i D) zależą od historii dielektryka, przy cyklicznych zmianach pola P(E) ma kształt pętli histerezy

38 pole E < 0 P = 0 dla E = E c pole koercji wzrasta pole E - polaryzacja rośnie 1 1 maleje pole E – polaryzacja maleje 2 2 pole E = 0 – P = Ps polaryzacja spontaniczna dalsza zmiana pola E - P zmienia się tak jak na krzywej 3 3 Polaryzacja początkowa = 0.

39 Własności ferroelektryczne kryształów obserwuje się w pewnych temperaturach – zanikają powyżej tzw. temperatury Curie W ferroelektrykach istnieją spontanicznie spolaryzowane obszary – domeny. Po wprowadzeniu ferroelektryka w pole elektryczne następuje zmiana orientacji momentów dipolowych domen i kryształ uzyskuje trwałą polaryzację.

40 Elektrety Dielektryki wykazujące trwałą polaryzację elektryczną – odpowiednik trwałych magnesów. Wewnętrzna struktura elektretu Można je wytworzyć z dielektryków polarnych, których cząsteczki mają duży moment dipolowy. Dielektryk ogrzany do wysokiej temperatury, nawet powyżej topnienia, umieszcza się w silnym polu elektrycznym i ochładza. Polaryzacja istniejąca w wysokiej temperaturze zostaje w dielektryku utrwalona, nawet po wyłączeniu pola. Elektrety wykorzystuje się np. w mikrofonach elektretowych.

41 Piezoelektryki Zjawisko piezoelektryczne – powstawanie polaryzacji pod wpływem odkształceń mechanicznych. Odwrotne zjawisko piezoelektryczne – kryształy zmieniają swoje rozmiary pod wpływem pola elektrycznego Całkowity moment dipolowy = Odkształcenie mechaniczne, całkowity moment dipolowy 

42 Przyłożenie zewnętrznego pola powoduje odkształcenie cząsteczek – wydłużenie lub skrócenie kryształu w kierunku pola. Przyłożenie zmiennego napięcia powoduje pobudzenie piezoelektryka do drgań mechanicznych. Amplituda tych drgań jest maksymalna (rezonans) gdy częstość zmian napięcia = częstości drgań własnych kryształu. Zastosowania: wytwarzanie ultradźwięków, stabilizacja częstości drgań w układach elektronicznych


Pobierz ppt "Ładunek elektryczny Natura ładunku jest ziarnista, kwantowa Cała materia zbudowana jest z cząstek elementarnych o ładunku ujemnym, ładunku dodatnim i cząstek."

Podobne prezentacje


Reklamy Google