Egzamin odpowiedzie 1-11.docx

(101 KB) Pobierz

1.

Prawo Coulomba

[edytuj]

Z Wikipedii

Skocz do: nawigacji, szukaj

Prawo Coulomba głosi, że siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Jest to podstawowe prawo elektrostatyki. Zostało ono opublikowane w 1785 roku przez francuskiego fizyka Charles'a Coulomba. Prawo to można przedstawić za pomocą wzoru:

F=k\cdot {q_1\cdot q_2\over r^2},

w którym:

F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch punktowych ładunków elektrycznych,

q1 , q2 - punktowe ładunki elektryczne,

r - odległość między ładunkami,

k - współczynnik proporcjonalności:

k={1\over4\pi\varepsilon}={1\over4\pi\varepsilon_r \varepsilon _{0}}

gdzie:

\varepsilon- przenikalność elektryczna ośrodka;

\varepsilon_r- względna przenikalność elektryczna ośrodka;

\varepsilon _{0}- przenikalność elektryczna próżni.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/70/Coulomb_law.svg/350px-Coulomb_law.svg.png

http://pl.wikipedia.org/skins-1.5/common/images/magnify-clip.png

Kierunek działania siły oddziaływania ładunków wyznaczony jest przez prostą łączącą oba te ładunki, natomiast o zwrocie decydują znaki ładunków. Jeżeli są one jednoimienne, oddziaływanie jest odpychaniem. W przypadku ładunków różnoimiennych ładunki przyciągają się. Siłę oddziaływania ładunku B na ładunek A można przedstawić wzorem wektorowym:

\vec{F}_{AB}=- \frac{1}{4\pi \varepsilon_r \varepsilon _{0}} \cdot \frac{q_{A} q_{B}}{r_{AB}^{2}}\cdot \frac {\vec{r}_{AB}}{{r}_{AB}}

gdzie poszczególne wielkości pokazane są na rysunku.

Jednostka ładunku elektrycznego - kulomb, została nazwana również od nazwiska Charles'a Coulomba, jest ona równa ładunkowi 6,24 x 1018 protonów (lub elektronów).

Prawo Coulomba dla układu ładunków [edytuj]

Prawo Coulomba umożliwia obliczenie siły oddziaływania nie tylko dla ładunków punktowych, ale również dla dowolnego rozkładu ładunków elektrycznych. W szczególności dla układu skończonej ilości ładunków, siła wypadkowa działająca na pewien ładunek będzie wektorową sumą sił oddziaływania z poszczególnymi ładunkami. Siłę tych jednostkowych oddziaływań można obliczać niezależnie od siebie (zasada superpozycji oddziaływań).

Oddziaływanie ciał o ciągłym rozkładzie ładunków wymaga wycałkowania po oddziaływaniach cząstkowych

\vec{F}_{AB}=-\frac{1}{4\pi \varepsilon_r \varepsilon _{0}}\iint\limits_{q_{A}\,q_{B}}{\frac{dq_{A}\cdot dq_{B}}{r_{AB}^{3}}\vec{r}_{AB}}

W szczególnych przypadkach, dla symetrycznego rozkładu ładunku, wzór na siłę oddziaływania naładowanych elektrycznie ciał staje się prostszy. W szczególności, dla symetrii sferycznej (np. kula, sfera, centralnie wydrążona kula, kula o gęstości ładunku zmieniającym się radialnie) wzór ten jest taki sam jak dla dwóch ładunków punktowych.

Prawo Coulomba w magnetostatyce [edytuj]

Gdyby istniały pojedyncze ładunki magnetyczne, podobne prawo można by sformułować również dla oddziaływań magnetostatycznych dla biegunów (monopoli) magnetycznych. Miałoby ono brzmienie: siła wzajemnego oddziaływania dwóch biegunów magnetycznych jest wprost proporcjonalna do iloczynu ich ilości magnetyzmu i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Prawo to można przedstawić za pomocą wzoru

F=k\cdot {m_1\cdot m_2\over r^2}, w którym:

F - siła wzajemnego oddziaływania dwóch biegunów magnetycznych,

m1 , m2 - ilości magnetyzmu , inaczej masy (albo ładunki) magnetyczne [ Wb = V·s ]

r - oddalenie między ładunkami,

k - współczynnik proporcjonalności:

k={1\over4\pi\mu}

przy czym:

\mu=\mu _r\cdot \mu_0

gdzie:

·         μ - przenikalność magnetyczna ośrodka,

·         μr - przenikalność magnetyczna względna ośrodka ,

·         \mu_0 = 4\pi\cdot 10^{-7} \frac{\mbox{H}}{\mbox{m}} = 12,566370614... \cdot 10^{-7} \frac{\mbox{Vs}}{\mbox{A m}}- przenikalność magnetyczna próżni.

Drugie prawo nie jest zupełnie analogiczne do pierwszego, gdyż nie są znane samodzielne bieguny magnetyczne tzw. monopole magnetyczne - każdy magnes ma zawsze 2 bieguny, jest dipolem. Wzór na siłę oddziaływania dipoli magnetycznych, podobnie jak wzór na siłę oddziaływania dipoli elektrycznych można wyprowadzić z prawa Coulomba.

2.

Prąd elektryczny – każdy uporządkowany (skierowany) ruch ładunków elektrycznych.

Ruch ten zazwyczaj jest powodowany obecnością pola elektrycznego (różnicy potencjałów).

Ruch ładunku jest w istocie ruchem cząstek (lub pseudocząstek) obdarzonych ładunkiem, zwanych nośnikami prądu. Nośnikami prądu elektrycznego mogą być elektrony, jony bądź dziury, czyli puste miejsca po elektronach.

W metalach swobodnie przemieszczają się jedynie elektrony, dlatego prąd elektryczny w metalach jest ruchem elektronów przewodnictwa. Poruszają się one w kierunku od niższego potencjału do wyższego. Umownie jednak przyjęło się wyznaczać kierunek przepływu prądu poprzez opisanie ruchu ładunków dodatnich (od wyższego potencjału do niższego).

W półprzewodnikach nośnikami prądu są elektrony i dziury. W rozrzedzonych gazach nośnikami ładunku elektrycznego są elektrony i jony. Prąd w cieczach jest uporządkowanym ruchem jonów - anionów i kationów.

3.

Natężenie pola elektrycznego

Z Wikipedii

Skocz do: nawigacji, szukaj

Natężenie pola elektrycznego - wektorowa wielkość fizyczna opisująca pole elektryczne.

Natężenie pola elektrycznego jest równe sile działającej na jednostkowy dodatni ładunek próbny, co matematycznie wyraża się jako stosunek siły \scriptstyle\vec {F}, z jaką pole elektrostatyczne działa na ładunek elektryczny, do wartości q tego ładunku.

\vec{E}=\frac {\vec{F}} {q}

Ładunek próbny oznacza ładunek na tyle mały, że nie wpływa on znacząco na rozkład ładunków w badanym obszarze i tym samym nie zmienia pola elektrycznego w badanym punkcie.

Jednostką natężenia pola elektrycznego jest niuton na kulomb

\left [ \vec{E} \right ] = \frac {\operatorname {N}} {\operatorname {C}}

co jest równoważne woltowi na metr

\left [ \vec{E} \right ] = \frac {\operatorname {V}} {\operatorname {m}}

Natężenie pola elektrycznego obrazuje się stosując techniki używane do obrazowania pól wektorowych, rysując linie sił pola (linie styczne do wektora siły działającej na ładunek dodatni), których gęstość odzwierciedla lokalne natężenie pola.

4.

Napięcie elektryczne – różnica potencjałów elektrycznych między dwoma punktami obwodu elektrycznego lub pola elektrycznego. Symbolem napięcia jest U. Napięcie elektryczne to stosunek pracy wykonanej podczas przenoszenia ładunku elektrycznego między punktami, dla których określa się napięcie, do wartości tego ładunku.

U_{AB}=\varphi_B - \varphi_A = {W_{A \longrightarrow B}\over q}

Przy założeniu, że przenoszony ładunek jest na tyle mały, że nie wpływa on znacząco na zewnętrzne pole elektryczne.

W przypadku źródła napięcia (prądu) elektrycznego jest jego najważniejszym parametrem i określa zdolności źródła energii elektrycznej do wykonania pracy. Napięcie mierzone na zaciskach źródła napięcia jest mniejsze od siły elektromotorycznej źródła o spadek napięcia na oporze istniejącym wewnątrz źródła (opór wewnętrzny).

Zależność pomiędzy spadkami napięć i siłami elektromotorycznymi w obwodach elektrycznych opisuje drugie prawo Kirchhoffa.

Potencjał w fizyce to wielkość fizyczna zwykle o wymiarze energii lub napięcia elektrycznego przypisana punktowi w przestrzeni. Znane są także przykłady pól fizycznych, określanych za pomocą potencjału wektorowego. Dla potencjałów skalarnych różnica potencjałów określa ilość energii koniecznej do przemieszczenia ciała z jednego punktu do drugiego. Potencjał wiąże się bezpośrednio z polem potencjalnym.

Ścisła definicja: potencjał to forma określona na przestrzeni w której opisujemy rozważane zjawiska o wartościach rzeczywistych lub zespolonych, której pochodna zewnętrzna jest równa natężeniu pola fizycznego. Kluczowe znaczenie w teorii potencjału ma twierdzenie Stokesa. Potencjały w ogólnym sensie przynależą nie tylko do teorii pola, ale są również podstawą ogólnego sformułowania termodynamiki fenomenologicznej.

 

 

5.

Pierwsze prawo Ohma [edytuj]

Prawo Ohma mówi, że natężenie prądu stałego I jest proporcjonalne do całkowitej siły elektromotorycznej w obwodzie zamkniętym lub do różnicy potencjałów (napięcia elektrycznego U) między końcami części obwodu nie zawierającej źródeł siły elektromotorycznej.

Prawidłowość tę odkrył w 1827 roku niemiecki fizyk, profesor politechniki w Norymberdze i uniwersytetu w Monachium Georg Simon Ohm. Można ją opisać jako:

I \sim U \,

Współczynnik proporcjonalności w tej relacji nazywany jest konduktancją, oznaczaną przez G.

I = GU \,

lub w ujęciu tradycyjnym:

I = \frac U R

Odwrotność konduktancji nazywa się rezystancją (lub oporem elektrycznym) przewodnika i oznaczana jest wielką literą R:

\frac{1}{G} = R

Prawo Ohma określa opór elektryczny przewodnika:

R = \frac{U}{I}

Prawo to jest prawem doświadczalnym i jest dość dokładnie spełnione dla ustalonych warunków przepływu prądu, szczególnie temperatury przewodnika. Materiały, które się do niego stosują, nazywamy przewodnikami omowymi lub "przewodnikami liniowymi" - w odróżnieniu od przewodników nieliniowych, w których opór jest funkcją natężenia płynącego przez nie prądu. Prawo to także nie jest spełnione gdy zmieniają się parametry przewodnika, szczególnie temperatura. Ze wszystkich materiałów przewodzących prawo Ohma najdokładniej jest spełnione w przypadku metali.

 

Załóżmy, że mamy odcinek przewodnika o długości l i stałym polu powierzchni przekroju poprzecznego, wynoszącym S. Jeśli pomiędzy końce tego odcinka przyłożymy napięcie U, to pole elektryczne wewnątrz przewodnika wyniesie:

E={{U}\over{l}}.

Korzystając z definicji gęstości prądu, jako ilorazu natężenia prądu przez pole przekroju przewodnika w którym płynie prąd, dostajemy:

J={{I}\over{S}}.

Korzystając z definicji różniczkowego prawa Ohma otrzymujemy:

{{I}\over{S}}=\sigma {{U}\over{l}}\Rightarrow {{U}\over{I}}={{1}\over{\sigma}}{{l}\over{S}}

Korzystając z pierwszego prawa Ohma oraz jeśli oznaczymy opór elektryczny właściwy jako:

\rho={{1}\over{\sigma}},

otrzymujemy treść drugiego prawa Ohma:

R=\rho{{l}\over{S}}

Oznacza to, że opór odcinka przewodnika o stałym przekroju poprzecznym jest proporcjonalny do długości tego odcinka i odwrotnie proporcjonalny do pola powierzchni przekroju.

 

6.

Pierwsze prawo Kirchhoffa – prawo dotyczące przepływu prądu w rozgałęzieniach obwodu elektrycznego, sformułowane w 1845 roku przez Gustawa Kirchhoffa. Prawo to wynika z zasady zachowania ładunku czyli równania ciągłości. Wraz z d...

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin