ELEKTROSTATYKA II.

Prezentacja na temat: "ELEKTROSTATYKA II."— Zapis prezentacji:

1 ELEKTROSTATYKA II

2 Dipol elektryczny Dipolem elektrycznym nazywamy układ dwóch ładunków elektrycznych o jednakowych wartościach bezwzględnych i przeciwnych znakach, +q i −q, umieszczonych w odległości l od siebie . Wektor nazywa się momentem elektrycznym dipola (momentem dipolowym). Jest on skierowany od ładunku ujemnego do dodatniego. Wymiarem momentu dipolowego jest: [p] = C · m.

3 Pole elektryczne dipola elektrycznego
Punkt pola elektrycznego P leży na osi dipola Wyznaczymy natężenie tego pola elektrycznego w punkcie P, który znajduje się w odległości z od środkowego punktu dipola, na osi przechodzącej przez ładunki, zwanej osią dipola. Stosując zasadę superpozycji dla natężeń pól elektrycznych znajdujemy wartość E natężenia pola elektrycznego w punkcie P: E = E+ - E- Po przekształceniach algebraicznych i przyjęciu, że z>>d otrzymujemy wzór: Iloczyn qd jest to moment dipolowy: p = qd

4 Dipol w jednorodnym polu elektrycznym
Wypadkowa siła, działająca na dipol umieszczony w zewnętrznym, jednorodnym polu elektrycznym jest równa zeru, ponieważ siły działające na ładunki +q i –q równoważą się . Natomiast na dipol działa moment skręcający.

5 Energia potencjalna dipola elektrycznego
Pracę wykonaną przy obrocie dipola od początkowego położenia, określonego kątem θ1 do końcowego położenia określonego kątem θ2 wynosi: Energia potencjalna dipola elektrycznego Pracę W można wyrazić jako różnicę energii potencjalnych :

6 IZOLOWANY PRZEWODNIK Zastosujmy prawo Gaussa do wybranej
Większość ciał stałych można podzielić na przewodniki i izolatory. W przewodnikach ładunki elektryczne mogą się swobodnie poruszać natomiast w izolatorach (dielektrykach) ładunki pozostają nieruchome. W izolatorze nadmiarowy ładunek może być rozmieszczony w całej jego objętości. Natomiast gdy w przewodniku rozmieścimy ładunek w sposób przypadkowy to będzie on wytwarzał pole elektryczne przemieszczające swobodne elektrony na powierzchnię przewodnika dopóki nie zniknie pole wewnątrz przewodnika. Wtedy na ładunki nie działa już siła i otrzymujemy statyczny rozkład ładunku. Zastosujmy prawo Gaussa do wybranej powierzchni S. Cały ładunek gromadzi się więc na powierzchni przewodnika.

7 Gęstość ładunku Gęstość powierzchniowa: Gęstość objętościowa: Gęstość liniowa: Natężenie pola E na powierzchni przewodnika:

8 KONDENSATORY Układ dwóch przewodników, który może gromadzić ładunek elektryczny, przy przyłożonej różnicy potencjałów, nazywamy kondensatorem , a te przewodniki okładkami kondensatora. Aby naładować kondensator należy podłączyć go do źródła prądu

9 Pojemność kondensatora
Wielkością charakteryzującą kondensator jest jego pojemność. Pojemnością elektryczną nazywamy stosunek ładunku kondensatora do różnicy potencjałów (napięcia) między okładkami. ΔV = U – napięcie elektryczne [V] q – ładunek elektryczny [ C ] C – pojemność elektryczna Jednostką pojemności jest farad - F

10 Kondensator płaski Różnica potencjałów: S – powierzchnia czynna okładek [ ] d – odległość okładek [m]

11 Kondensator walcowy Kondensator walcowy o długości L, zbudowany z współosiowych powierzchni walcowych o promieniach a i b. S=2πrL

12 Kondensator kulisty Kondensator ten tworzą dwie współśrodkowe powłoki sferyczne o promieniach a i b. Jako powierzchnię Gaussa wybieramy sferę o promieniu r

13 Łączenie kondensatorów
Połączenie szeregowe Połączenie równoległe

14 Energia pola elektrycznego
Praca wykonana przy ładowaniu kondensatora zostaje zmagazynowana w postaci elektrycznej energii potencjalnej Praca zużyta na przeniesienie porcji ładunku dq pomiędzy okładkami przy panującej w danej chwili różnicy potencjałów ΔV wynosi: dW=ΔVdq Gęstość energii w , jest energią zawartą w jednostce objętości

15 Kondensator z dielektrykiem
Jeżeli między okładkami umieścimy substancję, to pojemność kondensatora wzrasta od C do C’. Możemy wówczas określić względną przenikalność dielektryczną substancji Gdy dielektryk umieścimy w polu elektrycznym to pojawiają się indukowane ładunki powierzchniowe, które wytwarzają pole elektryczne przeciwne do zewnętrznego pola elektrycznego