Wykłady z fizyki – kurs podstawowy Elektryczność i magnetyzm cz. I

1. Wykłady z fizyki – kurs podstawowyElektryczność i magnetyzm cz. I home.agh.edu.pl/~wmwoch Wiesław Marek Woch

2. Elektrostatyka

3. pozyton foton elektron Elektrostatyka Ładunek elektryczny Prawo zachowania ładunku Ładunek jest skwantowany Ładunek elektryczny – właściwość cząstek elementarnych Pole elektryczne

4. Elektrostatyka Prawo Coulomba (Fr – Franklin)

5. Elektrostatyka Atom wodoru Ładunek elektryczny jest skwantowany Ładunek elektronu ładunkiem elementarnym Siła grawitacyjna vs siła Coulomba Fg1.02 10-47 N me = 9.1 10-31 kg Mp = 1.7 10-27 kg rB = 5.3 10-11 m k = (40)-1 = 9x109 Nm2/C2 G = 6.67x10-11 m3/(kg s2) FC2.3 10-8N

6. qi q2 F2k qk F3k q3 F1k Fik q1 Elektrostatyka Zasada superpozycji Natężenie pola elektrycznego Dla ładunku punktowego

7. Elektrostatyka Natężenie pola elektrycznego Natężenie pola dla dyskretnego rozkładu ładunku Natężenie pola dla ciągłego rozkładu ładunku dq

8. Elektrostatyka Praca sił w polu elektrycznym Praca wynosi zero, kiedy punkt końcowy pokrywa się z punktem początkowym (przemieszczenie po drodze zamkniętej).  dla układu ładunków

9. Elektrostatyka Struktura atomowa chlorku sodowego NaCl Energia Madelunga

10. Elektrostatyka Potencjał pola elektrycznego Potencjał pola elektrycznego – energia potencjalna ładunku jednostkowego umieszczonego w danym punkcie pola: Dla układu N ładunków:

11. Elektrostatyka Potencjał a natężenie pola elektrycznego Pole elektrostatyczne jest polem potencjalnym.

12. Elektrostatyka Energia pola elektrycznego Potencjał w danym punkcie pola równy jest liczbowo pracy jaką wykonują siły pola przy przesunięciu jednostkowego ładunku dodatniego z tego punktu do nieskończoności. Jednostka potencjału: wolt 1V 1V=1J/1C

13. - + - + Linie pola i powierzchnie ekwipotencjalne jednorodnego pola sił. - + - + Elektrostatyka Potencjał pola elektrycznego Przestrzenny wykres energii potencjalnej jednorodnego pola sił.

14. Elektrostatyka Strumień natężenia pola elektrycznego

15. E q E E E Elektrostatyka Strumień wektora natężenia polaŁadunek punktowy

16. Elektrostatyka Strumień wektora natężenia pola Strumień pola elektrycznego przez powierzchnię dS. dSn- projekcja elementu powierzchni dSodległej o r od ładunku q na  powierzchnię prostopadłą do prostej przechodzącej przez ładunek i tę powierzchnię kąt bryłowy równy: Prawo Gaussa

17. Elektrostatyka Prawo Gaussa Strumień wektora natężenia pola elektrycznego przez dowolną powierzchnię zamkniętą równy jest algebraicznej sumie ładunków obejmowanych przez tę powierzchnię, podzielonej przez 0 Dla ciągłego rozkładu ładunku:

18. R Dla punktów wewnątrz sfery: E = 0 Elektrostatyka Jednorodnie naładowana powierzchnia kuli Gęstość powierzchniowa 

19. R r Elektrostatyka Jednorodnie naładowana kula Gęstość objętościowa  Dla punktów wewnątrz kuli:

20. R Dla punktów na zewnątrz kuli: Elektrostatyka Jednorodnie naładowana kula

21. Jednorodnie naładowana kula Jednorodnie naładowana powierzchnia kuli Elektrostatyka Pole ładunku sferycznie-symetrycznego

22. - - + + - - E E = 0 + + - - + + E E Elektrostatyka Przewodniki w polu elektrycznym Objętość przewodnika i jego powierzchnia stanowią obszary ekwipotencjalne. Niezrównoważone ładunki elektryczne rozłożone są  jedynie na powierzchni przewodnika.

23. Elektrostatyka Natężenie pola w pobliżu powierzchni przewodnika

24. Elektrostatyka Generator Van de Graaffa Różnica potencjałów pomiędzy czaszą a ziemią rzędu milionów wolt.

25. Elektrostatyka Akcelerator van de Graaffa – akcelerator liniowy wytwarzający strumień jonów o energiach kinetycznych rzędu megaelektronowoltów (MeV)

26. Elektrostatyka Pojemność elektryczna Zgromadzony ładunek jest proporcjonalny do potencjału (różnicy potencjałów) Stała proporcjonalności C nosi nazwę pojemności elektrycznej 1F = 1C/1V

27. Kula z przewodnika o promieniu R R Elektrostatyka Pojemność elektryczna kuli Na zewnątrz kuli:

28. +q -q Elektrostatyka Pojemność elektryczna Obecność innych przewodników zmniejsza potencjał i zwiększa pojemność. Kondensator – urządzenie przeznaczone do magazynowania energii w postaci pola elektrycznego Kondensator gromadzi duży ładunek przy niewielkiej różnicy potencjałów

29. d S +q -q Elektrostatyka Kondensator Układ CGS Dla pola jednorodnego:

30. Elektrostatyka Kondensatory - przykłady

31. Elektrostatyka Kondensatory - przykłady Kondensator cylindryczny (walcowy)

32. Elektrostatyka Kondensatory - przykłady Kondensator kulisty (sferyczny)

33. Elektrostatyka Równoległe połączenie kondensatorów

34. +q -q +q -q -q +q Elektrostatyka Szeregowe połączenie kondensatorów

35. dielektryk +q -q Elektrostatyka Kondensator z dielektrykiem Kondensator próżniowy – C0 C0 C > C0

36. Elektrostatyka Energia zgromadzona w kondensatorze qe

37. Elektrostatyka Dipol elektryczny r1 r2

38. Elektrostatyka Dipol elektryczny

39. Elektrostatyka Dipol elektryczny

40. z A R r dm  r’ y x Elektrostatyka Momenty rozkładu ładunków

41. Prąd elektryczny • Prąd elektryczny – uporządkowany ruch ładunków elektrycznych • - ładunki: elektrony w metalach; jony dodatnie i ujemne w elektrolitach; • elektrony i dziury w półprzewodnikach; jony dodatnie i elektrony • w gazach • pole elektryczne powodujące ruch • - ruch przewodnika lub dielektryka: prąd konwekcyjny

42. Prąd elektryczny Natężenie i gęstość prądu elektrycznego

43. Prąd elektryczny Teoria elektronowa przewodnictwa – P. Drude 1900 r

44. Prąd elektryczny Prawo Wiedemann’a – Franz’a. Wzór Lorentza Prawo Wiedemann’a – Franz’a Wzór Lorentza

45. Prąd elektryczny Prawa prądu stałego Prawo Ohma  R  - SEM

46. S L J Prąd elektryczny Prawa prądu stałego L Cylindryczny opornik o promieniach r1 i r2

47. Prąd elektryczny Zależność oporu metali od temperatury Reguła Matthiesena

48. Prąd elektryczny Prawa prądu stałego Prawo Joule’a – Lenza Pierwsze prawo Kirchhoffa zasada zachowania ładunku Suma natężeń prądów wpływających do węzła jest równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła. Dla węzła obwodu elektrycznego suma algebraiczna natężeń prądów wpływających(+) i wypływających(–) jest równa zeru

49. I2 R3 3 2 I3 R2 1 R1 I1 Prąd elektryczny Prawa prądu stałego Drugie prawo Kirchhoffa zasada zachowania energii W zamkniętym obwodzie (oczku) suma spadków napięć na oporach równa jest sumie sił elektromotorycznych występujących w tym obwodzie W zamkniętym obwodzie (oczku) algebraiczna suma spadków napięć na oporach równa oraz sił elektromotorycznych występujących w tym obwodzie jest równa zero

50. Prąd elektryczny Prawa prądu stałego Równoległe łączenie oporników