Elektromos alapjelenségek

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Elektromos alapjelenségek"

Lídia Bognár
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Elektrosztatika

2 Elektromos alapjelenségek Dörzselektromos jelenség: egymással szorosan érintkező, vagy egymáshoz dörzsölt testek a szétválasztásuk után vonzó, vagy taszító kölcsönhatást mutatnak. Ilyenkor azt mondjuk, hogy a testek elektromos állapotba kerültek, és a testek elektromosan töltötté váltak.

3 Pozitív és negatív töltések Pozitív töltéshordozó a proton. Ha a test töltése pozitív, az azt jelenti, hogy a testnek elektronhiánya van. Negatív töltéshordozó az elektron. Ha a test töltése negatív, az azt jelenti, hogy a testnek elektrontöbblete van.

4 Coulomb törvény Két pontszerű elektromos töltéssel rendelkező test között ható erő (F) nagysága egyenesen arányos a testek elektromos töltésének a nagyságával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével.

5 Coulomb törvény (1785) Elektromosan töltött részecskék között erő hat: Q Q F = k 1 2 r 2 Nm k = C 2 2

6 Elemi töltés Az elektromos töltés legkisebb adagja az elektron. Az elektront Thomson fedezte fel 1897-ben. Az elektron töltését Millikan 1909-ben Millikan mérte meg először. e = 1, C

7 Elektromos mező jellemzése Elektromos térerősség: Az elektromos mező jellemezhető a belehelyezett próbatöltésre ható erőhatás segítségével, azaz azzal, hogy egységnyi töltésű testre a mezőben mekkora erő hat. F Qq 1 E = = k = k 2 q r q Q 2 r

8 Térerősség A térerősség vektormennyiség, iránya a pozitív próbatöltésre ható erő iránya. Az elektromos mezőt erővonalakkal szemléltethetjük: Az erővonalak sűrűsége a térerősség nagyságát, az erővonalak iránya a térerősség irányát jellemzik. A térerősségre merőleges egységnyi felületen annyi erővonalat húzunk, amennyi a térerősség nagysága.

9 Elektromos fluxus Egy tetszőleges felület elektromos fluxusa megadja, a felületen áthaladó összes erővonal számát: Ψ = E A

10 Elektromos feszültség 1V az elektromos feszültség az elektromos mező két pontja között, ha a mező 1C töltést 1J munkával visz át az egyik pontból a másikba. W U = Q U = [ ] V

11 Elektromos mező jellemzése Konzervatív mező Zárt görbe mentén a mező munkája zérus. Ez az energiamegmaradás következménye. Nullnívó vagy zérus potenciálú hely megadása, legtöbbször a földfelszín. A potenciál számértéke megadja a pozitív próbatöltés helyzeti energiáját a zérus potenciálú helyhez viszonyítva.

12 Ekvipotenciális felületek Az elektromos mezőben azok a felületek, ahol a potenciál állandó. Az ekvipotenciális felületek pontjai között nincs feszültség. Ekvipotenciális felületen mozgatva egy töltést nem végzünk munkát a térerősség merőleges az ekvipotenciális felületre.

13 Pontszerű töltés elektromos mezőjének jellemzése E = k Gömbfelület fluxusa: Q 2 r Ψ = EA = k Q r 2 4πr 2 = 4πkQ ε 0 = 1 4πk Ψ = Q ε 0

14 Potenciál Határozzuk meg a Q ponttöltés elektromos mezejében a ponttöltéstől r távolságban a potenciált. U = r Eds = r k Q x 2 dx = kq r 1 x 2 dx 1 = kq x r = kq r

15 Vezetők az elektrosztatikus mezőben Vezető:az olyan anyag, amelyben a töltések szabadon elmozdulhatnak. Szigetelő: olyan anyag, ahol a töltések helyhez kötöttek. A vezetőre vitt többlettöltés mindig a vezető külső felületén helyezkedik el. A vezető minden pontja ekvipotenciális.

16 Faraday kalitka Vezetőfelületekkel határolt térrészek kívülről elektromosan árnyékoltak.

17 Csúcshatás A feltöltött, vagy elektromosan megosztott vezető csúcsaiban felhalmozodó töltések a csúcsokban összesűrűsödnek, erős inhomogén mezőt hoznak létre.

18 A csúcshatás magyarázata A töltéssűrűség fordítottan arányos a vezető sugarával. Ennek igazolására modellezzük a vezetőt egy nagyobb és egy kisebb sugarú gömbfelülettel, amelyet vezetőszakasszal kötöttünk össze, így a potenciálja állandó lesz. σ = U = σ = Q 4r 2 π kq r U 4kπr Q = Ur k

20 A csúcshatás magyarázata Látható, hogy állandó potenciál esetén ott a nagyobb a szigmával jelölt töltéssűrűség, ahol kisebb a sugár. σ = U 4kπr U = 4kπrσ

21 A csúcshatás alkalmazása Villámhárító: Benjamin Franklin ( )

22 Kondenzátorok A kondenzátor elektromos töltések tárolására alkalmas. A síkkondenzátorok lemezei, fegyverzetei között homogén elektromos mező van jelen. A kondenzátort jellemző fizikai mennyiség a kapacitás.

23 Síkkondenzátor A kondenzátorra vitt töltés nagysága egyenesen arányos a lemezek közötti feszültséggel: C C = Q U = ε rε 0 A d

24 a légüres tér dielektromos állandója ε 0 ε r a szigetelőanyag relatív dielektromos állandója, vagy permittivitása Kondenzátor energiája: W = 1 CU 2 2

25 Kondenzátorok kapcsolása Soros kapcsolás: A kondenzátorok töltése ugyanaz. A kondenzátorokra eső feszültségek összegződnek. 1 1 = C e C i Párhuzamos kapcsolás: A kondenzátorok töltése összeadódik A kondenzátorokra eső feszültség ugyanaz. C = e Ci

Hasonló dokumentumok

ELEKTROSZTATIKA. Ma igazán feltöltődhettek!

ELEKTROSZTATIKA. Ma igazán feltöltődhettek! ELEKTROSZTATIKA Ma igazán feltöltődhettek! Elektrosztatikai alapismeretek THALÉSZ: a borostyánt (élektron) megdörzsölve az a könnyebb testeket magához vonzza. Elektrosztatikai alapjelenségek Az egymással