Gymnázium, Havířov -Město, Komenského 2, p.o

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o

Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“

P1 - ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE I

SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA

Mgr. Alexandra Bouchalová

ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE I

Elektrický náboj a jeho vlastnostiCoulombův zákonElektrické pole a jeho intenzitaPráce v elektrickém poliElektrický potenciálElektrické napětí

Elektrický náboj a elektrické pole I 2

Elektrický náboj a jeho vlastnosti


Obr. 1 – blesk – elektrický výboj 1 Obr. 2 – elektrování těles 2

Obr. 3 – ebonitová tyč a liščí ohon 3 Obr. 4 – elektroskop 4


Specifické jevy vyvolané působením elektrického náboje označuje slovo elektřina.

Odvozuje se od řeckého elektron = jantar, na němž byly již ve starověku pozorovány silové účinky statické elektřiny.



Statická elektřina je označení pro jevy způsobené nashromážděním elektrického náboje na povrchu různých těles a předmětů a jejich výměnou při vzájemném kontaktu.

Každý z elektrických jevů je projevem určitého množství elektrického náboje.



Elektrický náboj je skalární fyzikální veličina.

Náboj charakterizuje elektrické vlastnosti těles.

Přítomnost elektrického náboje je nutná pro vznik elektrického nebo magnetického pole.

Je vázán na elementární částice.

Elektrický náboj vzniká při elektrování těles.



Přímý dotykElektrostatická

indukceTřeníElektromagnetická

indukce

Pyroelektrický jevTermoelektrický jevIonizacePiezoelektrický jevFotoelektrický jevChemicky


Způsoby elektrování těles



Při tření novodurové tyče kusem látky vzniká • na tyči záporný náboj, • na látce kladný náboj.



Dotkne-li se záporně zelektrovaná tyč vodivé části elektroskopu, část záporného náboje tyče se přemístí na elektroskop.



Lidské tělo je vodivé. Dotkneme-li se nabitého elektro-

skopu, odvedeme náboj do země a výchylka elektroskopu zanikne.


Některá zelektrovaná tělesa se přitahují, jiná odpuzují. Pro popis elektrických jevů proto zavádíme dva

druhy elektrického náboje. Dohodou byl jeden druh označen jako kladný, druhý

jako záporný.


+ +- +



Silové působení elektricky nabitých těles je závislé na velikosti jejich nábojů, která je vždy násobkem velikosti elementárního náboje.

+ + F-F+ F-F +

Souhlasné náboje se odpuzují.Nesouhlasné náboje se přitahují.



Obr. 5 – atom Obr. 6 – kation Obr. 7 – anion

Rozlišujeme dva druhy elementárních nábojů:záporný náboj –e elektronů, které vytvářejí atomové obaly,kladný náboj +e protonů, které tvoří spolu s neutrony

atomová jádra.elektron

proton

neutron


Elementární náboj má velikost e = 1,602 .10-19 C

Značka - C

Jednotka - coulomb


.

Náboj jednoho coulombu projde průřezem vodiče při proudu jednoho ampéru za jednu sekundu.



V elektricky neutrálních tělesech je počet záporných i klad- ných elementárních nábojů stejný. Jejich účinek se navenek ruší.

Při zelektrování těles přechází malá část elektronů z jednoho tělesa na druhé. Jedno těleso, které má nedostatek elektro- nů, je nabito kladně.

Druhé těleso s nadbytečnými elektrony je nabito záporně.

http://www.gkh.cz/


Zákon zachování elektrického náboje:


Celkový elektrický náboj se při vzájemném zelektrování těles nemění.

Látky dělíme na:

vodiče - dostatek volných elektronů

Izolanty - elektrony jsou k atomu pevně vázány

Coulombův zákon

• Každá dvě elektricky nabitá tělesa na sebe vzájemně silově působí.


r- --FeFe

Q1 Q2

• Jsou-li rozměry těchto těles zanedbatelné se vzdálenostmi mezi nimi, pak hovoříme o bodových nábojích.

• Síly, kterými na sebe vzájemně působí jsou stejně velké, opačně orientované a nazývají se elektrostatické neboli elektrické. Značíme Fe .

r2- --Fe2Fe2

Q1 Q2Q3 Q4

Fe3 - Fe3

- -r2

Coulombův zákon

• V roce 1784 prováděl francouzský fyzik Charles-Augustin de Coulomb pokusná měření.


r- --FeFe

Q1 Q2

• Cílem bylo nalézt vztah mezi elektrickou silou, velikostmi náboje zelektrovaných těles a jejich střední vzdáleností.

• Na základě pokusů vyslovil zákon, který se na jeho počest nazývá Coulombův.Velikost elektrických sil, kterými na sebe vzájemně působí dva bodové náboje, je přímoúměrná absolutní hodnotě součinu jejich velikostí a nepřímoúměrná druhé mocnině jejich vzdálenosti

Q1 Q2

=.

r

2

Fe

k

Coulombův zákon


k • konstanta úměrnosti , e je absolutní permitivita prostředí

= e er . e0

• závisí na látkovém prostředí = dielektriku, ve kterém se náboj nachází

• ve vakuu má hodnotu

•

Coulombův zákon


• Je formálně podobný Newtonově gravitačnímu zákonu,• Liší se tím, že gravitační síla může být jen přitažlivá.• Síla elektrická je přitažlivá i odpudivá.• Rozdílné jsou i hodnoty konstant k a k v soustavě SI.

Coulombův zákon


Takže platí:

er

• relativní permitivita daného prostředí

• pro vakuum je er = 1

• pro vzduch je er = 1,00060

Elektrické pole


• Každá částice s nábojem vytváří kolem sebe elektrické pole.

• Prostřednictvím těchto polí částice mezi sebou vzájemně interagují.

• Jak takové pole popsat?

+ -

Elektrické pole


• Mějme bodové náboje q v elektrickém poli bodového náboje Q.

+

-

+

++-

+ Q

q

q

q

q

qF1

F2

F3

F4

F5

• Na všechny tyto náboje působí v různých vzdálenostech od náboje Q různě velké elektrické síly.

• Změní-li se velikost náboje q, změní se také velikost síly F, kterou na sebe náboje q a Q působí.

F6

r 2 Fe ≈ |Q·q|

Elektrické pole


• Je zřejmé, že síla, vzhledem k tomu, že závisí nejen na vzdálenosti, ale i na velikosti a druhu náboje částice v poli, není vhodná veličina k popisu elektrického pole.

• Zavedeme proto novou fyzikální vektorovou veličinu, která se nazývá intenzita elektrického pole E.

+

-

++-

Qq

q

q

qF1

F2

F4

F5

• Intenzita elektrického pole je charakteristická pro dané místo a není závislá na velikosti náboje q vloženého do elektrického pole.

-F7

E5

E2

E4

E1

Intenzita elektrického pole


E• vektorová fyzikální veličina

• odvozená jednotka SI: [E] = N·C -1

q E =

Fe

Velikost intenzity elektrického pole je v daném místě číselně rovna velikosti elektrostatické síly, která by působila na náboj q = 1 C. Její směr je dán směrem elektrostatické síly působící na kladný náboj.

+E

-E

Elektrické pole


q E =

Fe = 1

4pe0er ·|Q·q| q·r 2

• Intenzita v okolí bodového elektrického náboje

r 2 4pe0er E =

1 ·

|Q|

Zobrazení elektrického pole


• Pokud zobrazujeme el. pole bodového náboje pomocí vektoru elektrické intenzity E, obrázek působí nepřehledně a příliš nevypovídá o povaze elektrického pole.

+

• Zavedeme nový pojem siločára.• Orientace siločáry odpovídá směru orientace elektrické intenzity.

Siločárový model EPVektorový model EP

Q

q

Zobrazení elektrického pole


• Siločára elektrického pole je prostorová orientovaná křivka, jejíž tečna v každém bodě udává směr intenzity elektrického pole.

• Orientace je shodná s orientací elektrické intenzity.• Směřuje vždy od kladného náboje k zápornému.

E

siločára

tečna

E´

Typy elektrických polí


+

• Radiální = centrální• Vzniká kolem bodového náboje nebo stejnoměrně nabité

koule.

• Siločáry jsou přímky procházející bodovým nábojem (středem koule).

Q

• Orientace je vždy od kladného náboje.



…respektive k zápornému náboji…

-



• Homogenní pole vzniká mezi opačně nabitými rovinnými deskami.

+

-

• Intenzita má ve všech místech homogenního pole konstantní velikost i směr.

• Siločáry jsou rovnoběžné, orientované od kladně nabité k záporně nabité desce



• Pole dvou nesouhlasných bodových nábojů

+-



• Pole dvou souhlasných bodových nábojů

--

E

E1

E2



• Vektor intenzity výsledného elektrického pole určíme jako vektorový součet intenzit, které by každý z bodových nábojů vytvořil samostatně.

+-

Práce v elektrickém poli


• V homogenním poli působí na bodový náboj ve všech místech stejná elektrostatická síla.

+

-

+

Fe

+

Fe+

Fe+

Fe+

Fe

• Posouvá-li se náboj proti směru elektrické síly, koná mechanickou práci náboj.

• Posouvá-li se náboj ve směru elektrické síly, konají práci elektrické síly.

+

Fe

d

q

A

B

• Při přemístění náboje z bodu A do bodu B po dráze d vykoná elektrická síla Fe práci W.

W = Fe· d = q·E·d

Práce v elektrickém poli


W• nezávisí na trajektorii, kterou náboj opíše při přesunu

z bodu A do bodu B

• závisí na • velikosti přeneseného náboje q• velikosti intenzity E• vzdálenosti d bodů A, B

W = Fe· d = q·E·d

Elektrické napětí


• Každá dvojice bodů A, B elektrického pole je charakterizována hodnotou mechanické práce WAB, kterou je nutno vykonat při přenesení bodového náboje q z jednoho bodu do druhého.

UAB =WAB

q

• Podíl této práce a velikosti bodového náboje q nazýváme elektrické napětí UAB

• Jednotka napětí J·C-1 = V (volt)

• Urči rozměr jednotky 1V.

VsAmkgAs

msmkg

As

Nm

C

J

q

WU AB

312

2

][

][][



U• nezávisí na velikosti přenášeného náboje• nezávisí na tvaru trajektorie• v homogenním elektrickém poli je dáno

vztahem:

U = = = E d W q E d

q q



• Odtud dostáváme další vztah pro intenzitu elektrického pole E:

• [E] = V.m-1 (volt na metr)• Je shodná s jednotkou [E] = N.C-1

E =Ud

Potenciální energie Ep


• Ep bodového náboje závisí na jeho poloze v elektrickém poli.

• Za místo s Ep = 0 volíme zemi a tělesa s ní vodivě spojená.

• Při pohybu náboje • ve směru působení elektrické síly se

jeho Ep zmenšuje,

• proti elektrické síle se Ep zvětšuje.



• Ep bodového náboje v bodě A elektrického pole je rovna práci, kterou musíme vykonat při přemístění náboje z místa s Ep = 0 do daného bodu A.

A

j1



A

B

q

Fe

j1j2

• Práce vykonaná elektrickou silou při přesunu náboje z A do B je rovna úbytku jeho Ep:

WAB = EpA – EpB

UAB = WAB

q

j =Ep

q

UAB = j1 – j2

UAB = – EpA EpB

q q

Elektrický potenciál


• Elektrické napětí mezi dvěma místy elektrického pole se rovná rozdílu elektrických potenciálů mezi těmito místy.

• Podíl elektrostatické potenciální energie náboje v daném místě a tohoto náboje se nazývá elektrický potenciál .j

• [ ] = j V

Použitá literatura

Literatura

LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, 2002. ISBN 80-7196-202-3

TKOTZ,K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, 2002. ISBN 80-86706-00-1

HALLIDAY,D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, 2000.ISBN 80-214-1868-0

Obrázky [1] -Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: Sebastien D'ARCO, licence: Creative

Commons, last modified on 12. 8. 2006 [cit. 2012-03-26]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Lightnings_sequence_2_animation.gif

[2] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: Swe, licence: Creative Commons, last modified on 13. 8. 2005 [cit. 2012-03-26]Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Electroscope.jpg

[3] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: JMerz, licence: Creative Commons, last modified on 3. 11. 2007 [cit. 2012-03-26] Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:EfieldTwoOppositePointCharges.png

[4] - Wikipedia: the free encyclopedia [online]. Autor: Swe, licence: Creative Commons, last modified on 8. 2. 2005 [cit. 2012-03-26]Dostupné z: http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:OswEb.png

Elektrický náboj a elektrické pole I

http://en.wikipedia.org/wiki/cs:Creative_Commons



http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Lightnings_sequence_2_animation.gif




http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Electroscope.png




http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:EfieldTwoOppositePointCharges.svg




http://cs.wikibooks.org/wiki/Soubor:OswEb.png

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem

„PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“

SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA

Date post:	10-Jan-2016
Category:	Documents
Upload:	urbano
View:	25 times
Download:	0 times

Gymnázium, Havířov -Město, Komenského 2, p.o

Documents