Dane INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Publiczne Gimnazjum w Tomaszowie ID grupy:98_21-G2 Opiekun: Ewa Wołczek-Bury Kompetencja: mat-fiz Semestr/rok szkolny: czwarty 2011/2012

WIWAT ELEKTRYCZNOŚĆ

Spis treści Historia elektryczności Elektrostatyka Potencjał i pojemność Prąd elektryczny Odbiorniki elektryczne Półprzewodniki Elektroliza Ogniwa i baterie Elektromagnetyzm Mierniki elektryczne Indukcja elektromagnetyczna

Historia

Charles Augustin de Coulomb (ur. 14 czerwca 1736 w Angouleme - zm Charles Augustin de Coulomb (ur. 14 czerwca 1736 w Angouleme - zm. 23 sierpnia 1806 w Paryżu), francuski fizyk - od którego nazwiska pochodzi prawo Coulomba i jednostka ładunku elektrycznego-kulomb Coulomb

nienaładowany elektroskop schemat elektroskopu Ciała naładowane jednoimiennie się odpychają, a różnoimiennie — się przyciągają. Elektroskop to proste urządzenie, które pozwala stwierdzić, czy ciało jest naładowane. Zasada jego działania została przedstawiona na schemacie. Elektroskop jest zbudowany z listków wykonanych z cienkiej metalowej folii oraz z metalowej kulki połączonej z listkami metalowym prętem.

Prawo Coulomba Siła wzajemnego oddziaływania dwóch naelektryzowanych ciał jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami

Benjamin Franklin Urodził się 17 stycznia 1706 r. w Bostonie. Był jednym z twórców Deklaracji niepodległości Stanów Zjednoczonych. Zajmował się filozofią i dokonał wielu odkryć naukowych

Dorobek Franklina z elektryczności obejmuje teorię zjawisk elektrycznych, w których zakładał elektryzowanie dodatnie i ujemne, co udowodnił na przykładzie butelki lejdejskiej. Stwierdził, że ciała naelektryzowane jednakowo odpychają się, zaś naelektryzowane różnoimiennie – przyciągają się. Franklin przeprowadził szereg doświadczeń z latawcami, udowadniając, że ładunki elektryczne spływające z chmur burzowych po wilgotnym sznurze mogą naładować butelkę lejdejską. To on wymyślił zabezpieczenie przed wyładowaniami elektrycznymi poprzez uziemienie.

Luigi Galvani Urodził się 9 września 1737 w Bolonii, a zmarł 4 grudnia 1798 włoski fizyk, lekarz, fizjolog, tercjarz franciszkański.

Odkrył istnienie zjawisk elektrycznych w tkankach zwierzęcych, przez co zwrócił uwagę uczonych na nową dziedzinę wiedzy, nazwaną później elektrochemią. Od 1763 roku był profesorem na Uniwersytecie w Bolonii. Podczas badań anatomicznych żab, dokonał słynnego odkrycia zjawiska pobudzenia elektrycznego narządów, które przypisywał – błędnie – tzw. elektryczności zwierzęcej. Mimo, że sama hipoteza była błędna, przyspieszyła znacznie prace nad badaniem elektryczności, w szczególności zainspirowały Voltę do badań, które doprowadziły do skonstruowania pierwszej baterii elektrycznej.

ISAAC NEWTON urodzony 4 stycznia 1643 w Woolsthorpe-by-Colsterworth zmarł 31 marca 1727 w Kensington fizyk Matematyk astronom filozof historyk badacz Biblii Alchemik

Jako pierwszy wykazał, że te same prawa rządzą ruchem ciał na Ziemi jak i ruchem ciał niebieskich. Jego dociekania doprowadziły do rewolucji naukowej i przyjęcia teorii heliocentryzmu. Podał matematyczne uzasadnienie dla praw Keplera i rozszerzył je udowadniając, że orbity są nie tylko eliptyczne, ale mogą być też hiperboliczne i paraboliczne. Był pierwszym, który zdał sobie sprawę, że widmo barw obserwowane podczas padania białego światła na pryzmat jest cechą padającego światła, a nie pryzmatu, jak głosił 400 lat wcześniej Roger Bacon.

Rozwinął prawo stygnięcia. Głosił, że światło ma naturę korpuskularną, czyli że składa się z cząstek. Sformułował twierdzenie o dwumianie i zasady zachowania pędu oraz momentu pędu. Zajmował się też pomiarami prędkości dźwięku w powietrzu i ogłosił teorię pochodzenia gwiazd. Był twórcą rachunku wariacyjnego. Jako pierwszy opisał matematycznie zjawisko pływów morskich.

Stephen Gray Angielski fizyk, od 1732r. członek Royal Society. W 1727r. odkrył zjawisko indukcji elektrostatycznej, w 1731r. rozróżnił przewodniki i izolatory, pierwszy podjął próby przesyłania energii elektrycznej. W 1731 odkrył, że pewne ciała nie przewodzą elektryczności (nazwano je potem izolatorami), inne zaś przewodzą elektryczność bardzo dobrze; Gray zauważył, że ostatnią własność mają wszystkie metale. Badania Gray'a dowiodły, iż elektryczność może być przenoszona z miejsca na miejsce i nie jest na trwałe związana z substancją. Podczas doświadczeń przy użyciu metalowych przewodów odkrył, że osoba połączona drutem z ciałem silnie naelektryzowanym doznawała silnego wstrząsu. Od tego momentu elektryczność stała się modna.

Michael Faraday Michael Faraday (ur. 22 września 1791, zm. 25 sierpnia 1867) – fizyk i chemik angielski, jeden z najwybitniejszych uczonych XIX w., eksperymentator, samouk. Profesor Instytutu Królewskiego i Uniwersytetu w Oksfordzie, członek Royal Society, w młodości asystent H.B. Davy'ego. Największe znaczenie miały prace Faradaya dotyczące elektryczności. W 1831 r. odkrył zjawisko indukcji elektromagnetycznej, co przyczyniło się do powstania elektrodynamiki. W latach 1833-34 sformułował prawa elektrolizy i wprowadził nomenklaturę dla opisu tego zjawiska.

Odkrycia Faradaya z zakresu elektrodynamiki miały ogromne znaczenie z dwóch powodów. Po pierwsze, prawo Faradaya ma podstawowe znaczenie w teorii elektromagnetyzmu. Po drugie, indukcja elektromagnetyczna może być wykorzystana do wytwarzania prądu elektrycznego, co zademonstrował sam Faraday budując pierwszą prądnicę. Nowoczesne generatory elektryczne stosowane obecnie są oczywiście znacznie bardziej złożone, jednak wszystkie opierają się na tej samej zasadzie – indukcji elektromagnetycznej.

K. Dufay Urodzony 14 września 1698 roku w Paryżu a zmarł 16 czerwca 1739 roku. Był francuskim chemikiem i fizykiem. W roku 1730 stwierdził że istnieją dwa rodzaje elektryczności : Ładunki – typu szklanego – dodatnie Ładunki – typu ebonitowego – ujemne .

Elektrostatyka

Zjawiska elektryczne są wywołane obecnością ładunków (elektronów lub jonów) lub ich ruchem pod wpływem siły elektrycznej. Ciała naładowane ujemnie to takie, które mają nadmiar elektronów, podczas gdy w naładowanych dodatnio występuje ich niedobór. Prąd elektryczny to uporządkowany ruch ładunków w materiale- w metalach są to elektrony. Osobna grupą zjawisk związaną z obecnością nieruchomych ładunków zajmuje się elektrostatyka.

Elektroskop Aparat do wykrywania ładunku elektrycznego, a właściwie napięcia elektrycznego. Prosty elektroskop listkowy składa się z pionowego metalowego pręta, na którego końcu są przymocowane przegubowo dwa prostokątne listki z cienkiej i lekkiej folii przewodzącej prąd. Wykorzystuje zjawisko odpychania się jednoimiennych ładunków elektrycznych. Przy zetknięciu pręta z obiektem naładowanym elektrycznie część ładunku przepływa z tego obiektu do elektroskopu, listki folii odpychają się, wielkość odchylenia listków zależy od zgromadzonego na nich ładunku.

Potencjał i pojemność

Ładunki są źródłem pola elektrycznego, tj Ładunki są źródłem pola elektrycznego, tj.pola,w którym na naładowane ciało działa siła elektrostatyczna (elektryczna). Pole charakteryzuje potencjał elektryczny, ciało zaś posiada energię potencjalną zależna od położenia i wartości zgromadzonego na nim ładunku. Natężenie pola w danym punkcie równe jest sile działającej na jednostkowy ładunek dodatni, a kierunek pola zgodny jest z kierunkiem wektora tej siły.

Siła elektrostatyczna

kondensator

Butelka lejdejska – urządzenie służące do gromadzenia ładunku elektrycznego będące pierwszym kondensatorem. Jest to szklana butelka, której obie powierzchnie – zewnętrzna i wewnętrzna – pokryte są odizolowanymi warstwami metalu. Warstwy te pełnią rolę okładek kondensatora, zaś szkło butelki jest izolatorem.

Prąd elektryczny

Prądem elektrycznym nazywamy ukierunkowany strumień ładunków Prądem elektrycznym nazywamy ukierunkowany strumień ładunków. W metalach tworzą go elektrony, czyli cząstki naładowane ujemnie. Poruszają się one w polu elektrycznym, w obszarze, istnieje konieczna do wzbudzenia prądu różnica potencjałów (napięcie). Obwód elektryczny to zamknięta pętla złożona z przewodników, zawierająca źródło napięcia i przynajmniej jeden odbiornik.

Dostarczanie energii elektrycznej

Odbiorniki elektryczne

Odbiorniki elektryczne Natężenie prądu elektrycznego zależy od wartości siły elektromotorycznej oraz rodzaju odbiorników tworzących obwód (tj. od ich oporu i możliwości zamiany przez nie energii elektrycznej na energię pól magnetycznego i elektrycznego).

Prawo Ohma Zgodnie z prawem Ohma różnica potencjałów U (czyli napięcie elektryczne, spadek napięcia) pomiędzy dwoma końcami przewodnika jest proporcjonalne do natężenia I prądu płynącego przez przewodnik, czyli U=RI . Współczynnik proporcjonalności R zwany jest opornością przewodnika. Jednostką oporności jest 1 Ohm (1Ω). Opór przewodnika jest proporcjonalny do jego długości l i oporu właściwego ρ odwrotnie proporcjonalny do przekroju poprzecznego S R=ρl/S .

Prawa kirchhoffa I prawo Kirchhoffa dotyczy węzłów obwodu elektrycznego, tzn. punktów, w których zbiega się kilka przewodów. Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów z niego wypływających. Węzeł obwodu elektrycznego jest to prosta konsekwencja zasady zachowania ładunku elektrycznego: w węzłach sieci ładunek nie znika i nie gromadzi się w trakcie przepływu prądu. II prawo Kirchhoffa dotyczy obwodów zamkniętych, czyli tzw. oczek Słownie treść tego prawa można wyrazić następująco: W dowolnym obwodzie zamkniętym suma sił elektromotorycznych jest równa sumie spadków napięć na elementach obwodu. Dla złożonych obwodów, II prawo Kirchhoffa stosuje się dla dowolnego "oczka" obwodu. Siła elektromotoryczna jest to napięcie generowane np. przez znajdującą się w obwodzie baterię lub zasilacz prądu stałego.

półprzewodniki

Półprzewodniki to materiały, które przewodzą prąd gorzej niż przewodniki a lepiej niż izolatory. Własność ta zależy silnie od temperatury i wzrasta wraz z ilością domieszek. Półprzewodniki znajdują bardzo wiele zastosowań w elektronice.

Elektroliza

Elektroliza jest procesem zachodzącym, gdy prąd elektryczny przepływa przez ciecz zawierającą jony(atomy obdarzone ładunkiem). W jej trakcie ciecz ulega rozkładowi, a zawarte w niej związki chemiczne wytrącają się w miejscach, gdzie prąd wpływa lub wypływa z cieczy. Elektroliza znalazła wiele zastosowań przemysłowych.

Prawa faradaya I prawo Faradaya Mówi, że masa wytrąconej na elektrodach substancji jest proporcjonalna do ilości przepływającego ładunku. II prawo Faradaya Stwierdza, że masa substancji jest odwrotnie proporcjonalna do stopnia jonizacji atomów.

Ogniwa i baterie

Ogniwo galwaniczne – układ złożony z dwóch elektrod zanurzonych w elektrolicie (dwa półogniwa). Źródłem różnicy potencjałów elektrod są reakcje chemiczne, zachodzące między elektrodami a elektrolitem. Gdy przez ogniwo nie płynie prąd (ogniwo otwarte), różnica potencjałów jest równa sile elektromotorycznej (SEM). Zamknięcie obwodu elektrycznego umożliwia przepływ ładunków pojawienie się nadnapięcia, wskutek polaryzacji elektrod.

Ogniwo galwaniczne

elektromagnetyzm

Prąd płynący w przewodniku wytwarza wokół niego pole magnetyczne zależne od kształtu przewodu, a także natężenia i kierunku przepływających ładunków. Pole to, podobnie jak dla magnesów trwałych, można przedstawić za pomocą linii sił. To podstawowe zjawisko elektromagnetyczne wykorzystuje się do budowy silnych magnesów i do zmiany energii elektrycznej na mechaniczną.

Reguła prawej ręki

Mierniki elektryczne

Prąd elektryczny można zarejestrować obejmując wychylenie umieszczonego w pobliżu swobodnego magnesu. Zjawisko to wykorzystuje się w konstrukcjach mierników elektrycznych, gdzie wychylenie wskazówki pokazuje wartość natężenia prądu. Tę samą zasadę wykorzystuje się przy pomiarach różnicy potencjałów.

woltomierz i amperomierz

Indukcja elektromagnetyczna

Prawo indukcji faradaya Mówi ono, że wartość indukowanej w przewodniku siły elektromotorycznej jest proporcjonalna do szybkości zmian pola magnetycznego.

Reguła lenza Mówi ona, iż zaindukowany w przewodniku prąd płynie zawsze w takim kierunku, by wytworzyć wokół pole magnetyczne przeciwdziałające zmianom pola zewnętrznego.

zadania Elektrostatyka to dział fizyki, który zajmuje się: A. zjawiskami związanymi z przepływem prądu elektrycznego, B. oddziaływaniami i właściwościami ładunków elektrycznych w stanie spoczynku C. właściwościami magnetycznymi ciał D. oddziaływaniami mechanicznymi ciał Odpowiedź : B

Prawo Coulomba opisujące oddziaływania elektryczne pomiędzy dwoma ładunkami ma postać: a) F = k Q1Q2/r b) E = k Q/r2 c) F = k Q1Q2/r3 d) F = k Q1Q2/r2 Odpowiedź : D

Elektryzowanie polega na gromadzeniu w danym ciele: A Elektryzowanie polega na gromadzeniu w danym ciele: A. takiej samej liczby ładunków dodatnich i ujemnych B. nadmiaru ładunków o takim samym znaku C. wyłącznie ładunków dodatnich D. wyłącznie ładunków ujemnych Odpowiedź : A

Sucha kartka papieru przykleja się do ciepłego kaflowego pieca, jeżeli ja przyłożyć do powierzchni kafla i potrzeć o suchą dłoń lub wełnianą szmatkę. Jak to wyjaśnić ? Odpowiedź : Papier elektryzuje się przez pocieranie, a powierzchnia kafla nie przewodzi prądu elektryzuje się wówczas ładunkiem o przeciwnym znaku niż papier.