ELEKTROSZTATIKA Thalész Gilbert A testek dörzsöléssel hozhatók elektromos állapotba. Az elektromos állapot oka az elektromos töltés.

Átírás

1 ELEKTROSZTATIKA I.e. 600-ban Thalész (i.e ) felfedezte, hogy a megdözsölt boostyánkő apó testeket magához vonz, majd eltaszít. Például poszem, madátoll, száaz fűszál. Gilbet ( ) 1600-ban azt íta, hogy nagyon sok anyag a boostyánkőhöz hasonlóan viselkedik. Az itt fellépő eőt boostyánkő eőnek nevezte el (vis electica). A testek dözsöléssel hozhatók elektomos állapotba. Például: - Amiko a szél nagy sebességgel sodoja a felhőket, akko ennek hatásáa a felhők feltöltődnek, Közöttük kisülési ívek figyelhetők meg. Ha a felhő és a Föld között jön léte kisülés, azt villámlásnak nevezzük. A felhő megosztó hatást gyakool a föld felszínén lévő vezető teste, így azok a felhővel ellentétes töltésűvé válnak. Főleg zivata idején a felhők többsége pozitív töltésű. A villámot fény és hangjelenség kíséi. A fényt az ütközéstől magasabb enegiájú állapotba jutott (gejesztett) levegőmolekulák bocsátják ki. A hang (mennydögés) abból számazik, hogy a villám okozta hitelen felmelegedés, majd lehűlés miatt a levegő lökésszeűen kitágul, majd összehúzódik. A villámháító magába gyűjti a villámokat azét, hogy a könyezetet ne káosítsák. Villámlásko ne álljunk közvetlenül a fa alá, hanem attól 5-10 m távolságban guggoljunk le. Zivataos időben ne akjunk tüzet, met a tűz vezető ioncsatonát hoz léte, mely könnyen válhat az elektomos kisülés útvonalává. Tökéletes a villámvédelmünk, ha fémkaosszéiás gépkocsiban ülünk. A földbe lefutó villám kiégeti ugyan a gumiköpenyeket, és ez okozhat balesetet, de az álló gépkocsi teljes biztonságot jelent. A motot le kell állítani, met a kipufogógáz is ioncsatonát hozhat léte. - A fissen mosott és száított hajat műanyag fésűvel fésülve, a fésű és a hajunk is feltöltődik. - A benzinkutakon nem szabad műanyag kannába benzint kéni, met a kanna dözsöléssel feltöltődhet, és egy csepp kifolyt benzin is elég a belobbanáshoz. - Az autó is képes sztatikusan feltöltődni. - A fénymásolókban és a lézenyomtatókban a nyomóhenge a megvilágítás következményeként egyes pontokon elektomosan töltötté válik. Itt a festékpot magához vonzza, amely azután a hengee nyomott papílapa tapad. Ezt a festékpot hőkezeléssel ögzítik a papí ostjai közé. Az elektosztatikus fénymásolás kidolgozásában jelentős szeepe volt Selényi Pál ( ) magya fizikusnak, az eljáást azonban az ameikai heste alson ( ) szabadalmaztatta 1937-ben xeox néven. Az elektomos állapot oka az elektomos töltés. Fanklin ezeket pozitívnak és negatívnak nevezte el. Benjamin Fanklin - Tételezte fel előszö, hogy a villám a légköi elektomosság következménye. A nevéhez fűződik a villámháító feltalálása. (sákányos kísélet 175) - Ő készített előszö bifokális lencsét. Az egyiptomiak má i.e könyékén ismeték a fémek villámcsapás-elvezető tulajdonságát, a templomokat ézzel vagy aannyal boított csúcsú ábocokkal látták el. III. Ramszesz fáaó paancsáa az újonnan épült templomokat is ellátták aanyozott hegyű ábocokkal.

2 Dözsöléssel a kétféle elektomos töltés szétválasztható, de zát endszeben a töltések algebai összege állandó. Ez a töltésmegmaadás tövénye. Az azonos nemű töltések taszítják, a különböző neműek vonzzák egymást. Két pontszeű, nyugvó töltés között ható eő egyenesen aányos a töltések nagyságával és fodítottan aányos a közöttük lévő távolság négyzetével. Ezt a tövényt oulomb fedezte fel. 1 F = k k = N m kg hales oulomb ( ) fancia fizikus volt, aki az elektomosságon kívül az egyszeű gépek elméletével is foglalkozott. Két 0,5 töltésű pontszeű test 10 cm távolságból akkoa eővel taszítja egymást, amely megegyezik 50 olyan vonat súlyával, amelynek mindegyike 100 db egyenként 100 tonnás kocsiból áll. Az elektomos vezetés szempontjából az anyagokat két csopotba oszthatjuk: Vezetők: Valamely helyükön létesített elektomos állapot széttejed. Bennük szabad töltéshodozók vannak. Pl.: fém, víz, embei test. A töltések mindig a vezető felületén helyezkednek el. Szigetelők: Valamely helyükön létesített elektomos állapot nem képes széttejedni. Bennük szabad töltéshodozók nincsenek. Pl.: műanyag, pocelán, gumi Az esővíz, a csapvíz, a tengevíz vezető, azonban a desztillált víz szigetelő. Ha a desztillált vízbe konyhasót oldunk, akko vezetővé válik. Eszeint a víz vezetőképességét a benne oldott anyagoknak köszönheti. A szigetelőkben az elektomos mező téeőssége kisebb, mint vákuumban. Az átmenet köztük folytonos. Vannak úgynevezett félvezetők. Pl.: fa, papí, vászon, mávány Az elektomos állapot kimutatásáa elektoszkópot használunk, mely az azonos töltések taszításának elvén működik. Az elektoszkóp göög eedetű kifejezés. Az elekto- jelentése elektomossággal kapcsolatos, a szkóp a szkopein szóból számazik, jelentése nézni, megfigyelni. Ha egy testben a pozitív és negatív töltések száma megegyezik, és eloszlásuk egyenletes, akko semleges testől beszélünk. Ha egy semleges vezető közelébe elektomosan töltött testet viszünk, de nem éintjük hozzá, akko a vezetőben felboul a töltések egyenletes eloszlása. Ez a jelenség az elektomos megosztás. A vezetőből a megosztó töltéssel egynemű influencia töltés elvezethető. Az elektomosan töltött testek köül elektomos mező alakul ki, amely közvetíti az elektomos kölcsönhatást. Ezt Faaday ( ) angol fizikus fedezte fel. A temészettudományok tanulmányozását a szellem oppant iskolájának tatom Faaday nevéhez fűződik az elektomos ányékolás jelenségének felfedezése (Faadaykalitka): Az elektomos töltés mindig a vezető külső felületén helyezkedik el. Ha ezt a téészt fémhálóval vesszük köül, akko a háló által hatáolt té minden pontjában nulla lesz a téeősség. (autó kaosszéia, epülőgép utastee, mikohullámú sütő ajtaja, fémáccsal védett gázpalackok, az elektomos távvezetékek feszültség alatti javításánál a sűű szövésű fémhálóba öltöztetett munkás)

3 súcshatás: Ha a feltöltött vezető csúcsban végződik, akko a csúcsnál nagyobb lesz a töltéssűűség. A csúcs közelében lévő levegő és poszem molekulák dipólussá válnak, a csúcs vonzó hatása miatt a csúcs felé áamlanak, ott feltöltődnek, majd a csúcs eltaszítja őket. Ez az elektomos szél képes eloltani egy gyetyát. - Ezen az elven működik a villámháító is, amely tulajdonképpen nem elháítja, hanem a földbe vezeti a villámlásko kiáamló töltést úgy, hogy a csúcshatáson alapulva vezetővé válik a levegő és kijelöli a villám útját. - A villám szelídebb változata a Szent Elmo tüze. A zivatafelhők töltésmegosztó hatásáa a földi tágyak élein és csúcsain (tonyok, telefonvezetékek) olyan eős lehet a levegő ionizációja, hogy kíséőjeként különféle fényjelenségeket (táncoló fények) tapasztalunk. Az elektomosan töltött testek köül elektomos mező alakul ki, amely közvetíti az elektomos kölcsönhatást. Ezt Faaday fedezte fel. Az elektomos mező alapvetően különbözik a gavitációs mezőtől, met a gavitációnál csak vonzás lép fel és minden teste hat, míg az elektomos mező vonzó és taszító hatást is kifejt, de csak a töltéssel endelkező teste. Az elektomosan töltött testek között tehát egy időben elektomos és gavitációs kölcsönhatás is fellép. AZ ELEKTROMOS MEZŐ JELLEMZÉSÉRE SZOLGÁLÓ FIZIKAI MENNYISÉGEK: Téeősség: Az elektomos mezőbe helyezett töltése ható eő és a töltés hányadosa. Vektomennyiség, iánya a pozitív töltése ható eő iányával egyezik meg. E N F E = Pontszeű töltés esetén: E = k Az elektomos mező szemléltetésée eővonalakat használunk (kimutatásuk: gíz, olaj, plexilap). Az eővonalak éintője megadja a téeősség iányát. Megállapodás szeint a pozitív töltésből mindig kifelé, a negatív töltésbe mindig befelé ajzoljuk. Ha az eővonalak páhuzamosak és egyenletes sűűségűek, akko homogén elektomos mezőől beszélünk. Pl.: kondenzáto két fegyvezete közötti elektomos mező. Egy tetszőleges, az eővonalaka meőleges felületen áthaladó eővonalak számát az elektomos fluxus adja meg. Ψ N m Ψ = E A

4 Mivel az elektomos mező a benne levő töltése eőt gyakool, ezét képes azt elmozdítani, tehát munkát tud végezni. s E W = E s s E W = 0 W = E s cos α Zát göbe mentén a mező munkavégzése nulla. Ez az enegia-megmaadás megnyilvánulása. Feszültség: Az elektomos mezőben mozgatott töltésen végzett munka és a töltés hányadosa. A feszültség skalá mennyiség. M.e.: V = W Ponttöltés esetén: = k A nulla szinthez viszonyított feszültséget potenciálnak nevezzük. Ez egy latin eedetű szó, jelentése teljesítőképesség. Néhány jellemző feszültség: ceuzaelem zsebtelep gépkocsi-akkumuláto hálózat TV, monito képcsöve vasúti felsővezeték távvezeték villám 1,5 V 4,5 V 1 V 30 V 5000 V 5000 V 000 V V V Ha két pont között a feszültség nulla, akko ezeket ekvipotenciálisnak mondjuk. A téeősség vonalaka mindenütt meőleges felületeket ekvipotenciálisak. A téeősség és a feszültség egyaánt az elektomos mezőt jellemzi. Homogén elektomos mezőben a kettő közötti kapcsolatot megadhatjuk az alábbi összefüggéssel: B = E d A d

5 Az olyan két vezetőből álló endszet, melynek egyik tagjáa +, másika töltést viszünk, kondenzátonak nevezzük. A kondenzáto szó, sűítőt jelent és Volta olasz fizikus nevéhez fűződik. Az első kondenzátook leydeni palackok voltak, melyeket Jedlik Ányos is továbbfejlesztett. A kondenzáto nagy mennyiségű töltést képes táolni. Jellemzésée a kapacitás szolgál. A vakuban az elem néhány voltos feszültségét egy elektonikus áamköel 00 V-a növelik és ezzel néhány másodpec alatt egy kondenzátot töltenek fel. A fényképezés pillanatában a kondenzáto egy villanócsőhöz csatlakozva kisül. Az elektonikában sokféle kondenzátot használnak, melyeket alakjuk (sík, gömb, henge) és szigetelőanyaguk (levegő, papí, csillám, olaj) szeint különböztetünk meg. Az elektolitikus kondenzátook különlegessége, hogy a két fegyvezet között elektolízissel kialakított molekuláis vastagságú oxigénéteg biztosítja a szigetelést. Ezeke csak a feltüntetett polaitással szabad feszültséget kapcsolni, met tönkemegy a szigetelőéteg és a heves gőzfejlődéstől a kondenzáto felobban. Eltejedt a változtatható kapacitású fogókondenzáto, például a ádióknál, miko adóállomást keesünk. Kapacitás: A vezetőe vitt töltés és az általa létehozott potenciál hányadosa. F( faad) = A kapacitás latin eedetű szó, jelentése befogadóképesség, táolóképesség.