OrgPad logo

Fyzika

Created by Peterko Poland

Fyzika

Elektrické pole

Vzájemné silové působení elektrických nábojů se uskutečňuje prostřednictvím elektrických polí, která náboje obklopují.

Elektrická síla

Kapacita

Připojíme-li osamocený vodič ke svorce zdroje, získá vodič stejný potenciál jaký má svorka. Náboj na vodiči je přímo úměrný jeho potenciálu: image084 Konstanta úměrnosti image085se nazývá kapacita vodiče a je závislá na velikosti a tvaru vodiče; image086 (farad).

Vodič

Umístíme-li do elektrostatického pole kovový vodič, vznikne dočasně elektrostatické pole i v něm a způsobí pohyb volných elektronů, které se hromadí na jeho povrchu v místech, kde siločáry vstupují do vodičeimage057

Izolant

Izolanty  sice nemají volné elektrony, které se mohly přemísťovat z jednoho místa na druhé, ale i tak mohou výrazně ovlivnit elektrostatické pole.

Elektrický náboj

Souhlasné náboje se odpuzují, opačné se přitahují. Nabité a nenabité těleso se přitahují. Na vzájemném odpuzování souhlasných nábojů jsou založeny elektroskopy , pokud má elektroskop stupnici, nazývá se elektrometr.

elektrická intenzita

image013, kde image014 je síla, která by v daném místě působila na testovací náboj q; image015. Je-li testovací náboj záporný, má elektrická intenzita opačný směr než elektrická síla, je-li náboj kladný, jsou směry obou veličin totožné.

Charles Auguste de Coulomb

elektrostatická indukce.

Tato strana vodiče se nabije záporně, na opačné straně, kde siločáry z vodiče vystupují, vzniká stejně velký kladný náboj (obrázek)

Atomy izolantu

který není umístěn v elektrostatickém poli, jsou symetricky uspořádané  a nejsou proto zdrojem vlastního elektrostatického pole. Jádra a hlavně elektrony v atomech nejsou pevně vázány. Vlivem vnějšího elektrostatického pole se mohou jak jádra, tak elektrony pohybovat. Tak se původně neutrální atomy stávají elektrické dipóly. image061

kondenzátor.

Nejjednodušší je deskový kondenzátor bez dielektrika,který je tvořen dvěma rovnoběžnými deskami, jejichž účinná plocha má obsah S a jejichž vzdálenost je d. Připojíme-li tento kondenzátor ke svorkám zdroje, vznikne na desce s vyšším potenciálem náboj +Q, na druhé náboj -Q.

elektrického náboje - záporný.

Kapacita kulového vodiče

Kapacita osamoceného vodiče je malá, mnohem větší kapacitu má soustava dvou plochých vodičů oddělených od sebe vrstvou

elektrického náboje - kladný

Mezi deskami vznikne homogenní elektrostatické pole s intenzitou image089

Měření sil vzájemného působení dvou bodových nábojů prováděl poprvé v roce 1784

Těleso lze nabít třením nebo dotykem

Děj pokračuje tak dlouho, až pole indukovaných nábojů zruší vnější pole a intenzita pole všude uvnitř vodiče je nulová. Náboje tímto způsobem indukované ve vodiči je možné od sebe oddělit rozdělením vodiče na dvě části.

a na základě nich formuloval zákon, dnes nazývaný Coulombův zákon:

Elektrická intenzita

Elektrická intenzita mezi deskami kondenzátoru je dána také vztahem image090. Srovnáním obou vztahů dostaneme: image091.

náboj vázaný

je náboj, který je elektrostatickou silou vázán na vodič

Kladný elementární elektrický náboj má proton, záporný pak elektron.

náboj volný

je takový náboj, který lze z tělesa odvést

Velikost elektrické intenzity ve vzdálenosti r od osamoceného bodového náboje Q je možné určit

pomocí Coulombova zákona: image016. Dosazením do definiční vztahu elektrické intenzity dostaneme image017. Směr vektoru elektrické intenzity závisí na znaménku náboje Q

elektrický náboj se značí Q

Velikost sil, kterými na sebe působí dva bodové náboje, je přímo úměrná absolutní hodnotě součinu jejich velikostí a nepřímo úměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti -

image003

Kapacita deskového kondenzátoru

Kapacita deskového kondenzátoru je tedy dána vztahem: image092.

elektrické dipóly.

Dipólem se atom stává proto, že má smysl mluvit o dvou  pólech: kladném a záporném.

V elektricky neutrálních tělesech je počet kladných a záporných elementárních nábojů stejný a jejich silové působení se navzájem ruší.

Hodnota náboje Q je vždy násobkem velikosti elementárního náboje

Konstanta k závisí na prostředí, v němž se náboje nachází.

aleko častěji se ale tato konstanta vyjadřuje ve tvaru image005, kde image006 a nazývá se permitivita vakua.

Vložíme-li dva bodové náboje do látkového prostředí , působí na sebe silou menší než ve vakuu: image007, kde image008 je relativní permitivita daného prostředí (pro vakuum a přibližně i pro vzduchu je image009). Veličina image010 je permitivita prostředí.

radiální (centrální) pole

To je pole, v němž vektory elektrické intenzity míří do pokud image019nebo od image020bodového náboje.

atomová (molekulová) polarizace dielektrika

právě popsaný jev, k němuž může dojít jak v atomech, tak v molekulách

orientační polarizace dielektrika

molekuly mnohých látek mají vlastnosti dipólu, i když se nenacházejí v elektrostatickém. poli. Dipóly jsou neuspořádané a navenek se neprojevují. V elektrostatickém poli se usměrní  podle směru .

který má hodnotu

image002

Pokud vyplníme prostor mezi deskami kondenzátoru dielektrikem, jeho kapacita se zvětší. Pro připojení tohoto kondenzátoru ke zdroji napětí vznikne opět elektrostatické pole s intenzitou image089

V izolované soustavě platí zákon zachování elektrického náboje

K tomu je ale nutno přivést na desky větší náboj než v případě kondenzátoru bez dielektrika - musíme překonat účinek vázáných nábojů vzniklých polarizací dielektrika. Platí image093.

Siločáry

jsou takové křivky, že v libovolném jejich bodě získáme vektor elektrické intenzity jako tečnu v daném bodě.image021

Analogickým postupem jako u kondenzátoru bez dielektrika dostaneme image094. Vzhledem k tomu, že image095, kapacita kondenzátoru s dielektrikem s relativní permitivitou image008 se oproti kondenzátoru bez dielektrika zvýší image008krát..

Podle pohybu náboje daným materiálem rozlišujeme

Mezi dvěma rovnoběžnými opačně nabitými deskami vzniká homogenní elektrostatické pole

tj. takové pole, jehož elektrická intenzita má v každém bodě stejný směr a velikost. Siločáry jsou tedy navzájem rovnoběžné.

Pole dvou bodových nábojů vzniká složením dvou polí radiálních, která působí nezávisle na sobě.

Výslednou elektrickou intenzitu získáme jako vektorový součet elektrických intenzit, které by každý náboj vytvořil v daném místě prostoru nezávisle na druhém. Směr siločar volíme shodně jako směr vektoru intenzity elektrického pole: od kladného k zápornému náboji.

vodiče

elektrický náboj se v nich snadno přemísťuje. Je to dáno tím, že např. elektrony, které jsou schopné přenášet náboj v kovech, jsou k atomovým járdům slabě vázány a mohou se tedy od nich snadno odpoutat. Vytváří tak tzv. elektronový playn, který je příčinou dobré vodivosti kovů.

Izolanty

elektrony jsou pevně vázány k atomovým jádrům a jejich pohyb daným materiálem proto není možný.

Poznámka: Obecně je přenos elektrického náboje dán přítomností libovolných volných nabitých částic.

Nabité těleso postupně ztrácí své elektrické vlastnosti, protože žádná látka není dokonalým izolantem