Wykład 7 Elektrostatyka, cz. 2 Podstawy Fizyki Wykład 7 Elektrostatyka, cz. 2

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

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 : Jeżeli w jakimś punkcie przestrzeni jest pole E to możemy uważać, że jest tam zmagazynowana energia w ilości na jednostkę objętości.

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 stały

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 przewodnika. Amper jest jednostką podstawową układu SI

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

Gęstość prądu elektrycznego jest stosunkiem natężenia prądu do powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika, przez który płynie prąd. Gęstość prądu elektrycznego można też wyrazić jako Gęstość ładunku Prędkość unoszenia przewodność właściwa

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

Prawo Ohma Jeżeli do przewodnika przyłożymy różnicę potencjałów U, to przez przewodnik popłynie prąd elektryczny o natężeniu I proporcjonalny do tej różnicy potencjałów Współczynnikiem proporcjonalności jest odwrotność oporu elektrycznego – wielkości charakteryzującej przewodnik: Na początku XIX wieku Georg 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 ·10-6 [·m] Izolatory  [·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

straty mocy elektrycznej 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 elektryczny potrzebujemy źródła energii elektrycznej. Źródła te nazywamy 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.

Łączenie szeregowe rezystorów Obwody prądu stałego Łączenie szeregowe rezystorów

Łączenie równoległe rezystorów

Umowa co do znaków natężenia prądu. I prawo Kirchhoffa Algebraiczna suma natężeń prądów przepływających przez punkt rozgałęzienia (węzeł) jest równa zeru Umowa co do znaków natężenia prądu.

II prawo Kirchhoffa Algebraiczna suma omowych spadków napięć w „oczku” jest równa sumie sił elektromotorycznych