Elektrostatyka c.d.

Pojemność kondensatora Kondensator - układ przewodników, który może gromadzić ładunek elektryczny. Definicja pojemności Jednostka farad. 1F = 1C/1V. Powszechnie stosuje się F, nF, pF.

Zmiana napięcia na kondensatorze kV Natężenie pola elektrycznego nie zależy od odległości płytek Wniosek: Napięcie rośnie przy zwiększaniu d

Przy okazji: Wyjaśnienie dużych napięć otrzymywanych przy elektryzowaniu odzieży

Kondensator płaski

Kondensator płaski z dielektrykiem Wprowadzenie pomiędzy płyty kondensatora warstwy dielektryka spowoduje wyindukowanie w dielektryku ładunku q’, co spowoduje zmniejszenie natężenia pola istniejącego pomiędzy okładkami kondensatora i wzrost jego pojemności.

Pojemność układu kondensatorów Połączenie równoległe To samo napięcie Suma ładunków

Połączenie szeregowe Ten sam ładunek Suma napięć

Całkowita praca wynosi więc Energia kondensatora Początkowo nie naładowany kondensator ładuje się od 0 do napięcia U. Wtedy ładunek wzrasta od 0 do Q, gdzie Q = CU. Praca zużyta na przeniesienie ładunku dq z okładki "–" na "+" wynosi Całkowita praca wynosi więc Dla kondensatora płaskiego

Podstawiając wyrażenie na C dostajemy objętość kondensatora więc gęstość energii definiowana Jeżeli w jakimś punkcie przestrzeni jest pole E to możemy uważać, że jest tam zmagazynowana energia w ilości na jednostkę objętości.

Siła między okładkami kondensatora kV

kV

Od jednej okładki Pomiar siły przyciągania okładek

Ruch ładunków w polu elektrycznym. 1. Ładunek porusza się równolegle do linii pola. Ładunek będzie się poruszał ruchem prostoliniowym, jednostajnie przyspieszonym. Przyspieszenie: Jednocześnie ulegnie zmianie energia kinetyczna ładunku:

Ładunek wpada pod kątem prostym do linii pola. Torem ładunku jest parabola.

Budowa lampy oscyloskopowej K –katoda, G – grzejnik katody, W – siatka (cylinder Wehnelta) A1 A2 A3 – anody, X – płytki odchylania poziomego, Y – płytki odchylania pionowego, A4 – elektroda ekranująca, E – ekran, P – powłoka grafitowa, O – osłona szklana

Prąd elektryczny

Natężenie prądu elektrycznego Natężenie prądu elektrycznego stałego. Jest to stosunek ładunku przepływającego przez poprzeczny przekrój przewodnika do czasu jego przepływu : 1 Amper to natężenie takiego prądu, który płynąc w dwóch nieskończenie cienkich, długich, umieszczonych w próżni, równoległych przewodnikach wywołuje oddziaływanie tych przewodników na siebie siłą F= 2*10-7 N na każdy metr długości. Amper jest jednostką podstawową.

Gęstość prądu elektrycznego jest stosunkiem natężenia prądu do powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika przez który prąd płynie. Gęstość prądu elektrycznego można też wyrazić jako Gęstość ładunku Prędkość unoszenia Linie prądu odzwierciedlają gęstość prądu przy jego przepływie przez zwężający się przewodnik.

W nieobecności zewnętrznego pola elektrycznego elektrony poruszają się chaotycznie we wszystkich kierunkach. W zewnętrznym polu E uzyskują wypadkową (stałą z założenia) prędkość unoszenia vu.

Kierunek przepływu prądu. Na schematach elektrycznych określamy umowny kierunek przepływu prądu od + do -, czyli tak jakby nośniki miały ładunek dodatni.

Prawo Ohma Jeżeli do przewodnika przyłożymy różnicę potencjałów U, to przez przewodnik płynie prąd I. Na początku XIX wieku Ohm zdefiniował opór przewodnika jako napięcie podzielone przez natężenie prądu Opór elektryczny ma wartość 1  gdy natężenie przy napięciu 1 V ma wartość 1 A.

Prawo Ohma jest spełnione tylko wtedy, gdy rezystancja nie zależy od napięcia ani od natężenia prądu. Dla opornika Dla diody

Opór elektryczny Opór elektryczny (rezystancja) to wynik oddziaływania elektronów przewodnictwa z jonami sieci krystalicznej. Stałą  nazywamy oporem właściwym. Metale  x 10-6  m Izolatory  x  m Aluminium Cyna Cynk Miedź Platyna Srebro Wolfram Żelazo (czyste) 0,0282 0,114 0,0522 0,0168 0,111 0,0162 0,055 0,0978 Bakelit Bursztyn Ebonit Szkło 1012 - 1014 1020 – 1022 1018 – 1020 1016 – 1017

Wartość rezystancji zależy od temperatury Dla metali można zapisać miedź rtęć

Czy szkło przewodzi prąd? A 240 V W półprzewodnikach i izolatorach opór maleje z temperaturą

Straty cieplne Gdy elektron zderza się z atomem traci nadwyżkę energii, którą uzyskał w polu elektrycznym. Ponieważ energia kinetyczna nie wzrasta, cała energia stracona przez elektrony daje jest ładunkiem przepływającym (elektronów przewodnictwa). straty mocy elektrycznej

Siła elektromotoryczna (SEM) Aby utrzymać prąd potrzeba źródła energii elektrycznej. Np. baterie, generatory. Nazywamy je źródłami siły elektromotorycznej SEM. W takich źródłach jeden rodzaj energii jest zamieniany na drugi. SEM oznaczamy  i definiujemy gdzie W jest energią elektryczną przekazywaną ładunkowi q, gdy przechodzi on przez źródło SEM.

Twierdzenie o punkcie rozgałęzienia I prawo Kirchhoffa. Twierdzenie o punkcie rozgałęzienia Algebraiczna suma natężeń prądów przepływających przez punkt rozgałęzienia jest równa zeru.

Twierdzenie o obwodzie zamkniętym II prawo Kirchhoffa. Twierdzenie o obwodzie zamkniętym Algebraiczna suma przyrostów napięć w dowolnym obwodzie zamkniętym jest równa zeru. (Spadek napięcia jest przyrostem ujemnym napięcia).

Obwody prądu stałego Łączenie szeregowe rezystorów Ten sam prąd przez oporniki

Łączenie równoległe rezystorów To samo napięcie na opornikach