felületi divergencia V n (2) V n (1), térfogati töltéseloszlás esetében

Hasonló dokumentumok
IV.2 Az elektrosztatika alaptörvényei felületi töltéseloszlás esetén

9. ábra. A 25B-7 feladathoz

Elektromos töltés helyzeti energiája, elektromos potenciál, az elektrosztatika I. alaptörvénye

FIZIKA. Ma igazán feltöltődhettek! (Elektrosztatika) Dr. Seres István

FIZIKA. Ma igazán feltöltődhettek! (Elektrosztatika) Dr. Seres István

Elektromos töltés helyzeti energiája, elektromos potenciál, az elektrosztatika I. alaptörvénye

Elektromos töltés helyzeti energiája, elektromos potenciál, az elektrosztatika I. alaptörvénye

Az elektromos kölcsönhatás

Az elektromos kölcsönhatás

A Maxwell-féle villamos feszültségtenzor

a domború tükörrıl az optikai tengellyel párhuzamosan úgy verıdnek vissza, meghosszabbítása

Elektrosztatika. I. Az elektrosztatika alapegyenleteinek leszármaztatása a Maxwell-egyenletekből

A Coulomb-törvény : ahol, = coulomb = 1C. = a vákuum permittivitása (dielektromos álladója) k 9 10 F Q. elektromos térerősség : ponttöltés tere :

Rugalmas hullámok terjedése. A hullámegyenlet és speciális megoldásai

Elektrosztatika (Vázlat)

Merev testek kinematikája

A Coulomb-törvény : 4πε. ahol, = coulomb = 1C. = a vákuum permittivitása (dielektromos álladója) elektromos térerősség : ponttöltés tere : ( r)

Az elektromos kölcsönhatás

Elektrokémia 03. (Biologia BSc )

Az entrópia statisztikus értelmezése

0. Matematika és mértékegységek

Q 1 D Q 2 (D x) 2 (1.1)

f r homorú tükör gyűjtőlencse O F C F f

5. IDŐBEN VÁLTOZÓ ELEKTROMÁGNESES TÉR

Mozgás centrális erőtérben

A magnetosztatika törvényei anyag jelenlétében

4. STACIONÁRIUS MÁGNESES TÉR

10. előadás: Vonalas létesítmény tegelyvonalának kitűzése. (Egyenes, körív, átmeneti ív) *

Hely és elmozdulás - meghatározás távolságméréssel

Lencsék fókusztávolságának meghatározása

Az elektrosztatika törvényei anyag jelenlétében, dielektrikumok

1. ábra. 24B-19 feladat

q=h(termékek) H(Kiindulási anyagok) (állandó p-n) q=u(termékek) U(Kiindulási anyagok) (állandó V-n)

HARDVEREK VILLAMOSSÁGTANI ALAPJAI

A +Q töltés egy L hosszúságú egyenes szakasz mentén oszlik el egyenletesen (ld ábra ábra

Elméleti összefoglaló a IV. éves vegyészhallgatók Poláris molekula dipólusmomentumának meghatározása című méréséhez

1.4. Mintapéldák. Vs r. (Használhatjuk azt a közelítő egyenlőséget, hogy 8π 25.)

ELEKTROMÁGNESSÉG. (A jelen segédanyag, az előadás és a számonkérés alapja:) Hevesi Imre: Elektromosságtan, Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 2007

Elektrokémia 02. (Biologia BSc )

Statisztikai próbák. Ugyanazon problémára sokszor megvan mindkét eljárás.

XV. Tornyai Sándor Országos Fizikai Feladatmegoldó Verseny a református középiskolák számára Hódmezővásárhely, április

d(f(x), f(y)) q d(x, y), ahol 0 q < 1.

1. Elektrosztatika A megdörzsölt üvegrudat a fémpohárhoz érintve az elektromos állapot átadódik

,...,q 3N és 3N impulzuskoordinátával: p 1,

1. Elektrosztatika A megdörzsölt üvegrudat a fémpohárhoz érintve az elektromos állapot átadódik

A Maxwell-egyenletrendszer:

Békefi Zoltán. Közlekedési létesítmények élettartamra vonatkozó hatékonyság vizsgálati módszereinek fejlesztése. PhD Disszertáció

Műszaki folyamatok közgazdasági elemzése. Kevert stratégiák és evolúciós játékok

Bevezetés a kémiai termodinamikába

A mágneses tér energiája, állandó mágnesek, erőhatások, veszteségek

α v e φ e r Név: Pontszám: Számítási Módszerek a Fizikában ZH 1

Időben változó elektromos erőtér, az eltolási áram

METROLÓGIA ÉS HIBASZÁMíTÁS

BSC fizika tananyag MBE. Mechatronika szak. Kísérleti jegyzet

A bankközi jutalék (MIF) elő- és utóélete a bankkártyapiacon. A bankközi jutalék létező és nem létező versenyhatásai a Visa és a Mastercard ügyek

Vezetők elektrosztatikus térben

Elektromos polarizáció: Szokás bevezetni a tömegközéppont analógiájára a töltésközéppontot. Ennek definíciója: Qr. i i

Sugárzás és szórás. ahol az amplitúdófüggvény. d 3 x J(x )e ikˆxx. 1. Számoljuk ki a szórási hatáskeresztmetszetet egy

IVÁNYI AMÁLIA HARDVEREK VILLAMOSSÁGTANI ALAPJAI

( X ) 2 összefüggés tartalmazza az induktív és a kapacitív reaktanciát, amelyek értéke a frekvenciától is függ.

A stacionárius elektromos áram és a mágneses tér kapcsolata

Fuzzy rendszerek. A fuzzy halmaz és a fuzzy logika

MECHANIKA 1. félév 2006

8. Programozási tételek felsoroló típusokra

IDA ELŐADÁS I. Bolgár Bence október 17.

Tiszta és kevert stratégiák

Lejtn guruló golyó nemlineáris irányítása

IV x. 2,18 km magasan van a hôlégballon.

Matematikai ismétlés: Differenciálás

Hipotézis vizsgálatok. Egy példa. Hipotézisek. A megfigyelt változó eloszlása Kérdés: Hatásos a lázcsillapító gyógyszer?

2. személyes konzultáció. Széchenyi István Egyetem

Merev test mozgása. A merev test kinematikájának alapjai

1. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT (kidolgozta: Triesz Péter, egy. ts.; Tarnai Gábor, mérnök tanár) Trigonometria, vektoralgebra

Megjegyzés: Amint már előbb is említettük, a komplex számok

462 Trigonometrikus egyenetek II. rész

Az elektrosztatika törvényei anyag jelenlétében, dielektrikumok

Kirchhoff 2. törvénye (huroktörvény) szerint az áramkörben levő elektromotoros erők. E i = U j (3.1)

17. tétel A kör és részei, kör és egyenes kölcsönös helyzete (elemi geometriai tárgyalásban). Kerületi szög, középponti szög, látószög.

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT Kidolgozta: Triesz Péter egy. ts. Négy erő egyensúlya, Culmann-szerkesztés, Ritter-számítás

4 2 lapultsági együttható =

2. STATIKUS ELEKTROMOS TÉR

Méréselmélet: 5. előadás,

Arany Dániel Matematikai Tanulóverseny 2017/2018-as tanév 1. forduló Haladók III. kategória

FOKOZAT NÉLKÜLI KAPCSOLT BOLYGÓMŰVES

Elektrokémia 03. Cellareakció potenciálja, elektródreakció potenciálja, Nernst-egyenlet. Láng Győző

Darupályák ellenőrző mérése

1. ábra. r v. 2. ábra A soros RL-kör fázorábrái (feszültség-, impedancia- és teljesítmény-) =tg ϕ. Ez a meredekség. r

s n s x A m és az átlag Standard hiba A m becslése Információ tartalom Átlag Konfidencia intervallum Pont becslés Intervallum becslés

AZ IONKONCENTRÁCIÓ POTENCIOMETRIÁS MEGHATÁROZÁSA IONSZELEKTÍV ELEKTRÓDOK ALKALMAZÁSÁVAL

v i = v i V. (1) m i m i (v i V) = i P = i m i V = m i v i i A V = P M

Philosophiae Doctores. A sorozatban megjelent kötetek listája a kötet végén található

BUDAPESTI MŰ SZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM KÖZLEKEDÉSMÉRNÖKI ÉS JÁRMŰMÉRNÖKI KAR VASÚTI JÁRMŰVEK ÉS JÁRMŰRENDSZERANALÍZIS TANSZÉK

Általános esetben az atomok (vagy molekulák) nem függetlenek, közöttük erős

Statisztika I. 3. előadás. Előadó: Dr. Ertsey Imre

The original laser distance meter. The original laser distance meter

IMPRESSA C5 Használati útmutató

Nyeregetetős csarnokszerkezetek terhei az EN 1991 alapján

azonos sikban fekszik. A vezetőhurok ellenállása 2 Ω. Számítsuk ki a hurok teljes 4.1. ábra ábra

X. MÁGNESES TÉR AZ ANYAGBAN

a térerősség mindig az üreg falára merőleges, ezért a tér ott nem gömbszimmetrikus.

Átírás:

IV Az elektosztatka alaptövénye felület töltéseloszlás esetén Az előző paagafusban láttuk, hogy a töltések a vezető felületén helyezkednek el, gyakolatlag kétdmenzós vagy más szóval felület töltéseloszlást alkotva (Temészetesen atom méetekben ez a kép má nem tatható: pl a többletelektonok zöme a fémnek a vákuummal, vagy a levegővel éntkező hatáfelületének egy gen vékony, de mégscsak véges zónájában található Ez azonban a makoszkopkus elektodnamka leíás szempontjából olyan ks távolság, hogy a gyakolatban a kétdmenzós töltéseloszlás teljesen elfogadható közelítés) Felület töltéseloszlás esetén bevezethetjük a felület töltéssűűséget: d lm, A A da vagys a felületegysége eső töltést, am a téfogat töltéssűűséggel analóg fogalom A következőkben szeetnénk az elektosztatka alaptövényet megfogalmazn felület töltéseloszlások esetée (egyelőe továbba s vákuumban) Ee azon túl, hogy felület töltéseloszlások gyakan fodulnak elő azét s édemes sot keíten, met az elektosztatka alaptövénye lyen esetben nagyon egyszeűek E célból vezessük be egy V() vektoté felület foássűűségét az alább fomában: valamnt a felület övénysűűségét a felület dvegenca V n () V n (), A() felület otácó V t () V t () alakban () és () aa a két téféle utal, amelyeket a felület választ szét Az n és t ndexek a vektoté nomáls lletve tangencáls komponensét jelentk Ennek észletesebb magyaázatát lásd kcst később Ekko az elektosztatka alaptövényenek analóg megfogalmazása a következők: Az elektosztatka alaptövénye téfogat töltéseloszlás esetében felület töltéseloszlás esetében alaptövény dv D = D n () D n () = alaptövény ot E = E t () E t () = Szavakkal kfejezve az alaptövény felület töltéseloszlása azt mondja k, hogy a D té felület foássűűsége egyenlő a felület töltéssűűséggel, a alaptövény szent pedg a felület övénysűűség zéus E tételek belátásához tekntsük a IV és IV ábát n() n A() () () n() IV ába A jelen esetben poztív előjelű töltésfelhő (am pesze lehetne negatív s) egy felületen (de nem feltétlenül egy vezető felületén!), helyezkedk el A lényeg az, hogy valahogy létejött ez a kétdmenzós töltéseloszlás, aká úgy, hogy például a töltéseket odaenyveztük a felülethez A töltött felület válassza el az ()-gyel és ()-vel jelölt téfeleket egymástól, és a felület nomálvektoa mutasson az ()-től a () felé A felületet vegye köül egy zát A felület, amt /

jelöljön a két téfélben A() ll A() Ezek után az alaptövény felület alakját az alaptövény globáls fomájából: D da kndulva lehet bzonyítan Mvel a töltés most felület töltés, am a felületen helyezkedk el, ezét d, A és az alaptövény most a következő alakot ölt: D da d A (Felhívjuk a fgyelmet, hogy tt a d nem vekto, csak a felületelem nagysága) Tehát ezt a felületen elhelyezkedő töltést ölel köül a zát A felület Most zsugoítsuk á az A felületet mndkét oldalól a felülete Az A felület ekko lényegében két olyan A() és A() felületből áll, amelyek majdnem mndenben megegyeznek, mután ázsugoítottuk őket a -e Ezután ugyans mndkettő nagysága, csak míg az A() az ()-es téfélben van, és ezét felületelemenek ánya a hely nomálvektoal mndg ellentétes, addg az A() esetében, amely a ()-es téfélben van, a felületelemek a hely nomálvektoal azonos ányúak (A felületelemek ányát ugyans az szabja meg, hogy A() és A() együtt egy zát felületet alkot, és lyenko a felület ánya defnícó szent mndg kfelé mutat) Tehát az ábán s alkalmazott jelölésenkkel da() = da n() = da n, da() = da n() = da n és így D() da() = D n () da, D() da() = D n () da Tekntettel aa, hogy a teljes zát A felület két észe bontható, ezét D da D da D da ( D () d) (D A A() A() n n () d) A zsugoítás után ugyans A() = A() = Ezek után az alaptövény globáls alakja felület töltéseloszlás esetén: ( D () D ()) d d n n Mvel ez az összefüggés tetszés szent felülete gaz, ebből következk, hogy nem csak az ntegálok, hanem az ntegandusok s megegyeznek, tehát D n () D n () =, am nem más, mnt az alaptövény lokáls alakja felület töltéseloszlás esetén () A t () IV ába Az ábán látható vastag vonal jelképez a töltött felületet (metszet kép) A vékony vonal egy olyan zát G göbét mutat, amely felülől és alulól köülvesz a töltött felületben lévő H göbe szakaszt (H nncs jelölve az ábán) /

A alaptövény felület töltéseloszlása évényes alakját ugyancsak a globáls alakból kndulva vezethetjük le: E d G A zát G göbét vegyük fel úgy, hogy odafelé a felület felett, de annak közvetlen közelében haladjon a () téfélben, majd vsszafelé a felület alatt az () téfélben, de smét a felülethez gen közel, valamnt közvetlenül az odaút alatt Vagys d() = dt, d() = dt és így E()d() = E t ()dt, E()d() = E t ()dt Itt dt mndenütt az odaút ányába mutató a felülethez képest tangencáls egységvekto A zát göbement ntegál két észe osztható, az odaút és vsszaút szent: E d Ed G G() G() Ed Mvel az oda- és vsszaút tulajdonképpen majdnem ugyanazon a H göbén töténk, ezét felíható, hogy E d (E () E ())dt t G H t Mután ez az ntegál tetszés szent H göbée zéus, ebből az következk, hogy maga az ntegandus s nulla: E t () E t () =, am nem más, mnt a alaptövény lokáls alakja felület töltéseloszlás esetén IV3 Az elektosztatka alaptövénye vezető felülete Ha az elektosztatka felület töltéseloszlásoka évényes alaptövényet vezető felülete akajuk alkalmazn, akko abból ndulhatunk k, hogy a vezető belsejében nncs elektomos té, tehát ott mnd E, mnd D nulla Ha tehát a töltött felületünk egy vezető közeg () felülete, amely vákuummal () éntkezk, akko tudható, hogy E() = és D() = Az ebből adódó egyenleteket összehasonlító táblázatos fomában közöljük: Az elektosztatka alaptövénye általános felület töltéseloszlás esetében alaptövény D n () D n () = D n () = alaptövény E t () E t () = E t () = vezető felület esetén (): vezető, (): vákuum Vagys szavakban összegezve: az elektosztatkus té a vezető felületée mndg meőleges (met a tangencáls komponense ), a D té nomál komponense pedg (am vákuum estén maga a D vekto abszolút étéke) a felület egy pontján egyenlő az ugyanezen pontban méhető felület töltéssűűséggel /3

IV A felület töltéssűűség függése a göbület sugától súcshatás Kísélet: elektomos Segne keék, gyetyaláng elfújása elektomos széllel A csúcshatás azon alapszk, hogy - mnt ahogy lejjebb majd megmutatjuk - a vezető élen, lletve csúcsan sokkal nagyobb a töltéssűűség, és ennek következtében az E() = összefüggés matt tt a lokáls téeősség s sokkal nagyobb A nagy téeősség onzálja a levegő molekulát, a töltött levegő pedg mozgásba jön az elektomos té hatásáa Ez az elektomos szél Mvel magyaázhatjuk, hogy a csúcsokon - vagys ahol a felület göbület sugaa gen kcs - nagyobb a töltéssűűség, mnt a felület kevésbé göbült észen? Hogy ezt megétsük, képzeljük el a következő kíséletet Egy nagy sugaú vezető gömböt kössünk össze (ugyancsak vezetővel) egy ksebb sugaú gömbbel A endszet töltsük fel, és vzsgáljuk meg a két gömbön kalakuló és töltéssűűségek aányát Ha a gömbök egymástól vszonylag távol vannak, akko az sugaú gömb felszínén a potencált elsősoban az ott elhelyezkedő töltés fogja megszabn Az sugaú gömb potencáltee a gömbön kívül ugyanolyan, mnt a pontszeű töltés potencáltee (III paagafus), ezét Ugyanlyen alapon Vszont a két gömb ekvpotencáls, mvel vezetővel vannak összekötve, vagys =, ezét Tekntetbe véve, hogy egy gömbön a felület töltéssűűség, a két gömb felület töltéssűűségenek aányáa azt kapjuk, hogy, vagys mnél ksebb egy gömb sugaa, annál nagyobb ajta a felület töltéssűűség, és következésképpen a téeő s V Kapactás, kondenzátook V A kapactás fogalma Tekntsünk két vezető (mondjuk fém) daabot, melyek egymás közelében helyezkednek el: (Az egymás közelében pesze elatív fogalom Egyészt azt étjük alatta, hogy a vezető daabok átlagos távolsága a vezető daabok geometa méetenek a nagyságendjébe esk; lásd az V ábát Másészt pedg feltételezzük, hogy egyéb vezető daabok, lletve töltések nncsenek a közelben, más szóval elég távol vannak ahhoz, hogy a hatásuk elhanyagolható legyen, és így ne zavajanak Az ábán ezekhez a kevéssé zavaó töltésekhez vezető, vagy onnan knduló eővonalakat szaggatottan ajzoltuk) /

Az egyk vezetőn - ezt fogjuk a továbbakban a kondenzáto poztív fegyvezetének teknten - helyezkedjen el + töltés, a másk vezetőn pedg A kondenzáto fegyvezete között méhető feszültséget mndg úgy fogjuk számítan, hogy a téeősség göbement ntegálját a poztív fegyvezettől ndulva a negatív fegyvezetg eljutva számítjuk (Így jutunk poztív feszültség étékhez) Elektosztatkában a feszültség az úttól független, a kondenzáto lemeze pedg ekvpotencálsak, ezét a fent módon számított feszültség az egész kondenzátoa évényes adat Ezt fogjuk a kondenzáto feszültségének teknten U KONDENZÁTO ( ) Ed ( ) A kondenzáto töltésének pedg a poztív fegyvezeten lévő + töltést tekntjük Ha a kondenzátoa kétsze anny töltést vszünk fel, akko ezekből kétsze anny eővonal ndul k (az elektosztatka I alaptövénye ételmében) Ha ugyanaól a helyől kétsze anny eővonal ndul k, akko kétszees lesz az eővonalak sűűsége s, azaz a téeősség mndenütt a kétszeesée nő Ebből pedg az következk, hogy a feszültség s kétszees, mvel a göbement ntegálban E mndenütt dupla akkoa Vagys a feszültség aányos a kondenzátoon lévő töltéssel: U = k A k aányosság tényező ecpokát -vel jelöljük, és kapactásnak hívjuk Ha az egyenletet -a explct fomáa endezzük, akko = U Ez azt jelent, hogy mnél nagyobb a kondenzáto kapactása, egy adott feszültségen annál több töltést tud táoln A dolgot ahhoz hasonlíthatjuk, hogy egy víztáolónak annál nagyobb a táolókapactása, mnél több vzet tud befogadn egy adott magasság mellett (Pesze a víztáolónál az összes beléje féő vzet tekntk nkább - am még nem csap túl a táoló peemén -, és nem a magasságegysége eső táolóképességet A kondenzáto kapactásán vszont nem a bele tölthető legnagyobb töltést étk - ahol má pl átütne a kondenzáto -, hanem e helyett a feszültségegysége jutó táolt töltésmennységet) V Síkkondenzáto, gömb- és hengekondenzáto kapactása Amnt aól az előző paagafusban má volt szó, bámely két vezető daab képezhet egy kondenzátot A kondenzáto kapactása egyészt attól függ, hogy mekkoák a fegyvezetek, és ezeknek mlyen a geometa elendezése, másészt attól, hogy mlyen szgetelőanyag - vagy ~anyagok töltk k a fegyvezetek között teet Egyelőe fel fogjuk tételezn, hogy a fegyvezetek vákuumban vannak Ekko a kondenzáto kapactása egyedül a geometájától függ A sokféle elképzelhető geometa között van háom nevezetes eset, amt meg fogunk vzsgáln: a síkkondenzáto, a gömbkondenzáto, és végül a hengekondenzáto Síkkondenzáto A síkkondenzátot vázlatosan az V ába mutatja V ába /5

Lényegében két, egymással páhuzamos A felületű vezető lemezből áll, melyek egymástól mét távolsága d Lényeges, hogy a d távolság aánylag kcs legyen a kondenzáto több méetéhez képest Ekko ugyans az elektomos eőté a kondenzáto belsejében nagyjából homogén Igaz ugyan, hogy a kondenzáto-lemezek szélenél a té gyengül, met az eővonalak egy észe kívüle keül, de az a teület, ahol ez jelentős gyengülést okoz, egye ksebb, ahogy d-t csökkentjük A levezetésnél tehát azzal a közelítéssel fogunk éln, hogy az elektomos eőté homogén a kondenzáto lemeze között Lássuk akko a levezetést! Egy kondenzáto kapactása a ajta lévő töltés osztva a kondenzáto feszültségével: U Feltételezzük, hogy a töltések homogén felület töltéssűűséggel oszlanak el a fegyvezetek felületén, tehát a kondenzáto töltése = A Továbbá má láttuk, hogy egy vezető felületén az elektosztatka I alaptövénye szent = D Az elektomos eltolás vektoa pedg vákuumban felíható, mnt a vákuum pemttvtásának és az elektomos téeősségnek a szozata: D = E Tehát síkkondenzáto esetén íható, hogy = A E A kondenzáto feszültsége homogén té esetén az E téeősség és a d távolság szozata: U = E d, ugyans az ntegálásnál az E és d vektook egymással páhuzamosak (lyen utat választunk), és ezét a skalászozatuk egyenlő a nagyságak szozatával, az E pedg független a helytől (homogén té), és ezét az ntegáljel elé kemelhető, tehát U E d E d E d E d KONDENZÁTO Vsszatéve a síkkondenzáto kapactásáa: a töltése és a feszültsége kapott összefüggéseket helyettesítsük be a kapactás kfejezésébe A E A U E d d Vagys aa a eedménye jutottunk, hogy a síkkondenzáto kapactása aányos a fegyvezetek felületével, és fodítva aányos a lemezek egymástól mét távolságával Ezt az eedményt egy olyan kísélettel lehet szemléltetn (V3 ába), ahol a kondenzáto egyk fegyvezete egy elektoszkóp lemezéhez, a másk fegyvezete pedg ennek az elektoszkópnak a házához van kötve (am földelve van) V3 ába /6

Az elektoszkóp lemezéhez kötött kondenzáto fegyvezetée megdözsölt üvegúddal poztív töltést vszünk, és ettől az elektoszkóp kté Ha most a kondenzáto fegyvezetet közelítjük egymáshoz, akko az elektoszkóp lemeze összébb esnek, ha vszont távolítjuk egymástól a fegyvezeteket, akko az elektoszkóp lemeze s távolodnak egymástól Ezt úgy ntepetálhatjuk, hogy a kondenzáto U feszültsége nő, ha a fegyvezetet távolítjuk egymástól (met lyenko a kapactása csökken, a töltése vszont nem változk, tehát a feszültségnek nőne kell az U = / fomula ételmében), és ezt a megnövekedett feszültséget jelz az elektoszkóp Itt álljunk meg egy szóa Az eddgekben azt mondtuk és helyesen hogy az elektoszkóp a ajta lévő töltést mé, és feszültségméésől pedg nem szóltunk Valóban, a lemezek között taszítóeő a ajtuk lévő töltéstől függ a oulomb-tövény ételmében Mét mondjuk akko mégs azt, hogy a fent kíséletben az elektoszkóp a kondenzáto feszültségét mé? Nos, tt nncs ellentmondás, met az elektoszkóp mndkettőt mé Mvel az elektoszkóp házát földeljük, ezét az elektoszkóp s egy kondenzáto Mnél nagyobb ezen a kondenzátoon az elektomos töltés, annál nagyobb ajta az elektomos feszültség s az ELEKTOSZKÓP U ELEKTOSZKÓP ELEKTOSZKÓP összefüggés ételmében Mvel az elektoszkóp kapactása állandó, ezét az elektoszkóp feszültsége aányos lesz a ajta lévő töltéssel Az elektoszkóp tehát feszültségméő műsze s, csak a méőlemezenek kvezetését és a házát páhuzamosan kell kötn a méendő feszültséggel (mnt mnden feszültségméő műsze esetében) Jelen kíséletünkben a kondenzáto fegyvezetevel kötöttük páhuzamosan, tehát az elektoszkóp így valóban a kondenzáto feszültségét fogja mén (amellett, hogy a saját magán lévő töltést továbba s mé, csakhogy ez a töltés most aányos a kondenzáto feszültségével) Nagyon záójelesen még azt s megjegyezzük, hogy amko feszültséget méünk az elektoszkóppal egy kondenzátoon, akko az elektoszkóp általában nem teknthető deáls sztatka feszültségméő műszenek Az elektoszkóp kapactása ugyans hozzáadódk a méendő kondenzáto kapactásához, és ezét az elektoszkóp bektatásával a feszültség egy kcst csökken Ez a hatás annál ksebb, mnél ksebb az elektoszkóp kapactása Egy deáls elektoszkóp feszültségméő kapactása tehát zéus Gömbkondenzáto Tekntsünk most két koncentkus gömbfelületet mnt kondenzátot: V ába Legyen például a belső gömb poztív, a külső pedg negatív töltésű A belső gömbből nduló eővonalak a külső gömbön végződnek Ez most nem homogén té, hszen az eővonalak ánya sem azonos a legtöbb helyen, és a téeősség nagysága s csökken, ahogy a belső gömbtől távolodunk Ilyen téel azonban má találkoztunk, hszen a pontszeű töltés tee s gömbszmmetkus té A gömb felületén kívül nem tudjuk megállapítan, hogy az elektomos teet egy pontszeű töltés vagy pedg egy vezető gömb felületén eloszló töltés hozza léte (Pesze a gömb felületén belüle menve má nagy a különbség: pontszeű töltés esetén a téeő egye nő az ogóhoz közeledve, gömb esetén vszont a gömbön belül zéus a téeő) Szóval a gömbön kívül a téeősség és a potencál s úgy változk, mnt pontszeű töltés esetén: /7

E e és (), ahol a gömb középpontjától mét távolság Ezek szent ha a belső gömb sugaa, a külső gömbé pedg, akko a potencáljuk () és ( ) A két gömb között feszültség ezek szent: U () ( ), ahonnan a gömbkondenzáto kapactása: U Feladatok, kédések: ) Hasonlítsuk össze ezt a fomulát a síkkondenzátoa kapott képlettel! Mt kapunk eedményül, ha a két gömbfelület nagyon közel van egymáshoz? ) Mt kapunk eedményül, ha a másodk gömb sugaa gen nagy, vagy másodk gömb egyáltalán nncs s jelen? Hengekondenzáto Két L hosszúságú koncentkus hengeből álló kondenzáto kapactása L, ln( / ) ahol és a belső és a külső henge ádusza: V5 ába Ezt a fomulát úgy vezethetjük le, hogy az elektosztatka I alaptövényée támaszkodva felíjuk az elektomos téeősséget mnt a hely függvényét egy olyan hosszúkás hengekondenzátoban, amelynek töltése : a töltésbõlklépõ eõvonalak száma E annakaz sugaúhengenek( ) a felülete,aholaze- t kédezzük Ezután a kondenzáto U feszültségét kell kszámoln, fgyelembe véve, hogy az elektomos té mndg adáls ányú a hengekondenzátoban Ha tehát adáls utat választunk a feszültség kszámításához, akko gaz, hogy E d = E d, és így U KONDENZÁTO E d, Magát a levezetést nem közöljük, de kéjük az olvasót, hogy gondoljon utána /8

V3 Kondenzátook soos és páhuzamos kapcsolása Páhuzamos kapcsolás Páhuzamos kapcsolásól akko beszélünk, ha két vagy több áamkö elem - jelen esetben kondenzáto - ugyanazt a két pontot köt össze Ekko valamenny elemen ugyanaz az U feszültség van Ilyenko logkus kédés, hogy a páhuzamosan kapcsolt elemeket lehetséges-e egyetlen eedővel helyettesíten, amely ekvvalens módon vselkedk, és mekkoa ez az eedő? Például háom páhuzamosan kapcsolt kondenzáto esetén az a feladat, hogy mekkoa annak ez eedő kondenzátonak a kapactása, amely mnden feszültségen ugyananny töltést táol, mnt a háom kondenzáto együttesen? V6 ába EEDŐ EEDŐ EEDŐ 3 U 3 3 EEDŐ 3 U U U U Ennek a kondenzátonak a kapactása tehát EEDŐ = + + 3 Vagy általában n daab páhuzamosan kapcsolt kondenzáto esetén: n EEDŐ Soos kapcsolás Mnt láttuk, kondenzátook páhuzamos kapcsolása esetén a feszültség azonos mnden kondenzátoon, met ugyanazt a két pontot kötk össze Kondenzátook soos kapcsolásánál mnden kondenzátoon ugyanaz a töltés jelenk meg, met elágazás nélkül egymás után vannak kötve Ekko ugyans az első kondenzáto poztív fegyvezetée felvtt töltés az elektomos megosztás évén ugyanazt a töltést jelenít meg valamenny kondenzátoon V7 ába A kondenzátookon eső feszültség összeadódk, tehát U EEDŐ = U + U + U 3, /9

vagy általában EEDŐ 3 EEDŐ n EEDŐ 3, V Kondenzáto és elektosztatkus té enegája Kondenzáto enegája Egy feltöltött kondenzáto enegáját úgy hatáozhatjuk meg, hogy megméjük, ksütése közben az elektomos té mekkoa munkát végez Ez a munkavégző-képesség a kondenzáto enegája Amko d töltés megy át a poztív fegyvezetől a negatív fegyvezete, akko a d töltésen a té által végzett munka dw = U d most az átvtt töltést jelent (Tehát az átvtt töltés a folyamat kezdetén, mután pedg ksütöttük a kondenzátot, az átvtt töltés a kondenzáto kezdet teljes töltésével egyenlő, amt - al jelölünk) A kondenzátoon maadó töltés =, a kondenzáto feszültsége pedg U A kondenzáto teljes ksütése soán végzett munka: W dw Tehát a kondenzáto enegája: d / U U Az eedményt (és az ½-es szozótényezőt) szemléletesen úgy s ételmezhetjük, hogy a kondenzáto feszültsége a ksütés közben a ajta lévő töltéssel aányban lneásan csökken nulláa Az átlagos feszültség pedg ennek következtében a kezdet és végső feszültség számtan átlaga: UÁTLAG U A végzett munka pedg W UÁTLAG U Olvasmány: az előjel és a potencáls enega A kondenzáto enegáját megadó fomulát úgy s le lehet vezetn, hogy -val nem az átvtt töltést, hanem a kondenzátoon lévő töltést jelöljük A ksütés soán végzett munka ekko azonban kcst más dw = U ( d) Ugyans ha ksütésől van szó, akko a kondenzáto töltése csökken, tehát d negatív A té által végzett dw munka vszont poztív, met a poztív töltés egy ks észét (am d-ként íandó ebben az esetben, hszen így lesz poztív) vsszük át a poztív fegyvezetől a negatív fegyvezete A ksütésnél végzett munka evvel a jelöléssel: W dw U( d) U d d

Mnt látható, ez a levezetés talán egyszeűbb, de a d előjelének megétése több fgyelmet gényel Az előjel, mnt látható, fontos dolog, és akámlyen egyszeű, mégs alaposan oda kell fgyeln, nehogy elhbázzuk Gyakolásul ajánlott, hogy a kondenzáto enegáját most a feltöltéseko végzett munkából kndulva vezessük le Segítség: a feltöltésko az elektomos eőté munkája negatív, valamlyen, a feltöltést végző eő munkája pedg poztív A feltöltött kondenzáto enegája temészetesen poztív Tehát a kondenzáto enegája vagy a feltöltést végző eő munkájával egyenlő, vagy pedg az elektomos eő munkájának a mínusz -szeesével Ez az előjel-konvencó onnan adódk, hogy az enega az nem munka, hanem munkavégző-képesség Ha tehát a té munkát végez, akko annyval csökken a munkavégző-képessége, amenny munkát végzett A té enegájának a változása tehát az általa végzett munkának a mínusz -szeese: E POT = W Tulajdonképpen má az első levezetésnél használtuk a fent összefüggést, amko azt mondtuk, hogy a kondenzáto enegája az a munka, amt a feltöltött kondenzáto eőtee végez a ksütés soán: EPOT EPOT() EPOT() EPOT(ksütött kond) EPOT(töltött kond) W A ksütött kondenzáto enegáját nullának tekntve kapjuk a kndulásul használt fomulát: E POT (töltött kond) W Az elektosztatka té enegája Azt szeetnénk bebzonyítan, hogy az elektosztatkus té enegasűűsége a té egy pontjában ( enega ) ED A levezetést az egyszeűség kedvéét egy síkkondenzáto lemeze között feszülő homogén elektomos tée végezzük el, és még azt s feltételezzük, hogy a kondenzáto lemeze között vákuum van elátható azonban (bá ennek bzonyítását tt nem közöljük), hogy az eedmény nem csak ee a specáls esete, hanem általában s gaz Tekntsünk tehát egy feltöltött síkkondenzátot, amelyben a homogén elektomos téeősség E Ekko a kondenzáto feszültsége: U E d Ed, ahol d a kondenzáto lemezenek a távolsága (Az ntegálás tt a homogén té matt szozássá egyszeűsödk) A kondenzáto enegája, mnt láttuk: EPOT U E fomulában a feszültsége helyettesítsük be, hogy U = E d, valamnt a síkkondenzáto A kapactását: Ezzel d A EPOT (E d) d amt átendezve azt kapjuk, hogy EPOT E ( E)(A d) (E D)V, ahol V a kondenzáto téfogata Innen má egyszeű feladat az enegasűűség kfejezése: EPOT ( enega ) ED, V am nem más, mnt a bzonyítan kívánt fomulának a síkkondenzáto esetée évényes alakja /

VI Dpólusmomentum Dpólus és töltésendsze potencáltee Egy töltésendsze momentumán az alább kfejezést étjük: m n vagys a töltéseket súlyozzuk a hozzájuk tatozó helyvektookkal Az azonos nagyságú, de ellentétes előjelű + és töltésekből álló töltésendszet dpólusnak nevezzük Ennek a töltésendszenek a momentuma a dpólusmomentum, amt p-vel jelölünk: p = + = ( + ) = Tehát a dpólusmomentum vektoa a negatív töltésből a poztív felé mutat (ld a VI ábát), z + + + -- - x - y VI ába a dpólusmomentum nagysága pedg a töltésnek és a töltéseket elválasztó = távolságnak a szozata A továbbakban azt szeetnénk belátn, hogy tetszés szent töltésendsze eőtee messzől nézve olyan, mnt egy dpólus tee Ezt a kédést azét édemes megvzsgáln, met a szgetelőanyagok molekulákból állnak, amelyekben a töltés eloszlása meglehetősen bonyolult s lehet Ha vszont tetszés szent töltésendsze a távolból nézve dpólussal helyettesíthető, akko makoszkopkus méések szempontjából a szgetelőanyagokat úgy teknthetjük, mntha egyszeű dpólusokból állnának (A molekulás méetekhez képest ugyans távolól vzsgáljuk ezeket a töltéseloszlásokat) Elsőnek egy egyszeű dpólus teét vzsgáljuk meg, és ne s az eőteét, hanem a potencálteét számoljuk k Az eőté ugyans ebből a potencáltéből gadens-képzéssel leszámaztatható, vszont a potencáltéel egyszeűbb számoln, mvel az skaláté Tehát tekntsük az alább ábát, ahol a dpólus potencálját a dpólustól aánylag távol lévő helyvektoú P pontban kívánjuk kszámítan A dpólusól tudjuk, hogy a koodnátaendszeünk ogója közelében helyezkedk el Jelölje + és a poztív és negatív töltés helyvektoát, + és - pedg ugyanezen töltéseknek a P ponttól mét távolságát z P + + x + - - y - VI ába /

/3 A P pontban mét potencál a + és töltés által e pontban létehozott + és potencálok összege (III): Ez eddg mnden közelítés nélkül pecíz eedmény Vszont eddg még nem használtuk k, hogy a P pont gen messze van, és ezét az és + vektook által bezát szög közelítőleg zéus Így a két vekto skalászozata az abszolút étékek szozatával közelíthető, met cos, amből Az ába szent + + + =, azaz + = +, és így ) ( A másodk átalakítást azét hajtottuk vége, hogy az + ecpokában egy tovább közelítést tegyünk: Hasonló megfontolásokkal Ha ezt a két közelítést behelyettesítjük a dpólus potencál kfejezésébe, akko a következő eedményt kapjuk: )], ( [ 3 vagys a dpólus potencálteét az alább kfejezéssel közelíthetjük:, 3 p ahol p = ( + ) a dpólusmomentum Ezek után nézzük meg egy tetszés szent töltésendsze potencálteét Itt s fel fogjuk tételezn, hogy a töltések az ogóhoz aánylag közel, a P pont pedg ahol a töltésendsze potencálteét vzsgáljuk az ogótól távol helyezkedk el A dpólus potencálteének számításához hasonló megfontolásokat és elhanyagolásokat alkalmazva: 3 Ha most azt s feltételezzük, hogy egy elektomosan semleges molekuláól van szó, akko = Továbbá smét felhasználjuk, hogy egy töltésendsze momentuma m =, és így egy semleges töltésendsze potencálja az pontban: 3 m Látható tehát, hogy a töltésendsze ugyanolyan potencálteet hoz léte, mnt egyetlen p = m dpólusmomentumú dpólus Vagys lyen alapon mndenfajta töltéseloszlással endelkező molekulát bátan helyettesíthetünk egyetlen dpólussal