Fyzika 2.- prednáška 5.

1. Fyzika 2.- prednáška 5. RNDr. Z. Gibová, PhD.

2. Ciele 2. ELEKTROSTATICKÉ POLE 2.8 Energia elektrostatického poľa 2.9 Pohyb nabitej častice v EP ELEKTRICKÝ PRÚD 3.1 Jednosmerný elektrický prúd 3.2 Hustota prúdu

3. Problémy Ako funguje atramentová tlačiareň, koľko kvapiek atramentu treba na vytvorenie jedného znaku? Aké sú prahy citlivosti bolesti ľudskej kože?

4. Zopakujte si • Intenzita EP je definovaná ako podiel ........... a ..................... . • Rozdiel potenciálov medzi dvoma bodmi EP predstavuje ............. . • Vzťah vyjadruje ...................... . • Kapacita doskového kondenzátora je priamoúmerná ............. a nepriamoúmerná ................ . • Výsledná kapacita pri sériovom zapojení dvoch kondenzátorov sa určí ako .................. . • Výraz je ...................... .

5. Príklad 7:Vzduchový kondenzátor s rovinnými doskami má kapacitu C0= 10 pF a vzdialenosť dosiek d = 1 cm. Do stredu medzi dosky vložíme plech hrúbky h = 1 mm. Aká bude výsledná kapacita?

6. 2.8 Energia elektrostatického poľa Energia vodiča Q Ee Energia EP vodiča je daná ako jedna polovica so súčinu náboja, rozloženého na jeho povrchu a jeho potenciálu.

7. Energia sústavy vodičov Q1 Q3 Q2 Qi Qn Energia EP sústavy vodičov, ktoré sú blízko seba, je daná súčtom energii elektrostatických polí jednotlivých vodičov.

8. Energia kondenzátora Energia EP kondenzátora je daná ako jedna polovica so súčinu kapacity kondenzátora a napätia medzi elektródami kondenzátora na druhú.

9. Energia EP s intenzitou E má v objeme V

10. Hmotnosť elektrického poľa c– rýchlosť svetla vo vákuu Hustota poľa

11. Príklad 8: Dosky rovinného kondenzátora plochy 500 cm2 vzdialené o d1  = 1 cm sú nabité na napätie U1 = 5 000 V. Akú prácu tre­ba vykonať na oddialenie dosiek na vzdialenosť d2  = 4d1? Aká bude hustota energie a hmotnosť elektrostatického poľa medzi doskami kondenzátora po ich oddialení?

12. 2.9 Pohyb nabitej častice v homogénnom elektrostatickom poli

13. Ak nabitá častice vletí do homogénneho elektrostatického poľa: 1) pole bude jej pohyb urýchľovať, zmení sa veľkosť jej rýchlosti, - v tomto prípade častica vykonáva zložený pohyb, v smere osi x RPP a v smere osi y RZPP. 2) pole bude jej pohyb zakrivovať, zmení sa smer jej rýchlosti, - v tomto prípade častica vykonáva pohyb po krivke, ktorou je časť paraboly. 3) kladný náboj bude priťahovaný k zápornej doske (sa bude pohybovať v smere intenzity poľa), záporný náboj sa bude pohybovať opačným smerom.

14. Ako funguje atramentová tlačiareň? Kvapka atramentu sa nabije na zápornú hodnotu v nabíjacej jednotke. Kvapka ďalej prechádza vychyľovacími doskami tlačiarne, medzi ktorými je homogénne elektrické pole o intenzite E, ktorá smeruje zvislo nadol. Na záporne nabitú kvapku atramentu pôsobí pole elektrostatickou silou, ktorá spôsobí je vychýlenie smerom nahor. Kvapka potom dopadne na papier na miesto, ktoré závisí od veľkosti intenzity elektrostatického poľa a náboja kvapky q. V praxi sa postupuje tak, že sa necháva intenzita poľa konštantná a polohu kvapky na papieri ovládame nábojom q, ktorý získa kvapka v nabíjacej jednotke, ktorou prechádza, kým vletí do vychyľovacieho systému. Nabíjacia jednotka je riadená elektronickými signálmi z počítača, ktorými určujeme náboj pridávaný každej kvapke, a tým jej polohu na papieri kde dopadne.    Na vytvorenie 1 znaku je potrebných asi 100 drobných kvapiek.

15. Čo je to prúd? Ako zistíme, že vodičom tečie prúd?

16. 3. ELEKTRICKÝ PRÚD3.1 Jednosmerný elektrický prúd Vodiče – látky, v ktorých sa môže časť náboja voľne pohybovať (kovy, roztok NaCl, ionizovaný plyn). Voľné (vodivostné) elektróny– elektróny v kovoch (vodiče), ktoré nie sú viazané na atómy, pohybujú sa voľne v mriežke. Zdroj elektrického prúdu –zariadenie, ktoré je schopné trvale udržovať na koncoch vodiča potenciálový rozdiel (galvanický článok).

17. Elektrický prúd –je usmernený pohyb ele. nabitých častíc. Skalárna veličina. Dôsledky tečenia prúdu: ohriatie vodiča, vznik svetla, vznik magnetického poľa

18. Jednosmerný elektrický prúd - prúd, ktorý nemení svoj smer, veľkosť môže meniť. (I) = A A. M. Ampére (1775 -1836) Stredný elektrický prúd –je množstvoelektrického náboja, ktorý prejde prierezom vodiča za jednotku času. Skalárna veličina. Okamžitý elektrický prúd – je definovaný ako podiel elementárneho množstva elektrického náboja, ktorý prejde prierezom vodiča za elementárny čas.

19. 1 Ampér –prúd, pri ktorom prierezom vodiča prejde za 1 sekundu ele. náboj veľkosti 1 coulomb.

20. Smer prúdu –platí dohoda, že smer prúdu je daný smerom pohybu, ktorým by sa pohyboval kladný náboj (od kladného pólu zdroja ku zápornému pólu). Zobrazujeme jeho smer (smer kladného náboja) prúdovými šípkami.

21. Príklad 8:Aké množstvo elektrického náboja Q prejde vodičom za čas t1 = 10 s, ak prúd rovnomerne rastie od 0 do 3 A?

22. Aké sú prahy citlivosti bolesti ľudskej kože? Nervový systém človeka pracuje prostredníctvom slabých elektrických impulzov (prúdov) putujúcich po celej dĺžke nervových buniek, ktoré sa pohybujú rýchlosťou 400 km/h. Preto citlivosť kože môžeme vyjadriť ako hodnotu prúdu. Citlivosť kože (prah bolesti) sa líši, na rôznych miestach povrchu tela. Najmenej citlivá je koža na nohách (0,8 mA). Naopak najcitlivejšia je na hlave - 0,2 mA. Citlivosť sa však líši tiež v závislosti od veku a vitality človeka, ako aj závisí od pohlavia a druhu vykonávanej práce. Vo všeobecnosti, ženy znášajú bolesť lepšie ako muži. Človek pracujúci manuálne ju znáša lepšie ako človek pracujúci celý deň pri počítači.

23. 3.2 Hustota prúdu Hustota prúdu -vektorová veličina, umožňuje popísať tok elektrónov vo vnútri vodiča alebo celkový prúd cez prierez vodiča. Má smer prúdu a intenzity EP. (j) = Veľkosť hustoty prúdu– sa rovná prúdu, ktorý prechádza elementárnou plochou prierezu vodiča kolmou k smeru prúdu, delenému veľkosťou tejto plochy.

24. Prúd vyjadrený pomocou hustoty prúdu: Driftová rýchlosť-transportná (unášavá) rýchlosť elektrónov.

25. Koncentrácia nosičov– počet nosičov v jednotkovom objeme. Objemová hustota náboja Hustota prúdu – súčin objemovej hustoty a driftovej rýchlosti.

26. Prúdové čiary – znázorňujú rovnaké hodnoty prúdu, podľa ich vzájomnej vzdialenosti hovoríme o hustote prúdu.

27. KONTROLKA:Vyberte správne tvrdenie: A) hustota prúdu je skalárna veličina, B) Ak vodičom tečie prúd I = 3 A, tak za dobu t = 2 s pretečie vodičom náboj 6 C, C) hustota prúdu pre konš. prúd je daná vzťahom j = I.S.

28. Príklad 9: Akou veľkou rýchlosťou sa pohybujú elektróny v medenom drôte o priereze 1 mm2, keď ním prechádza prúd 6 A? (MCu= 63,54.10-3 kgmol-1,  = 8,9.103 kgm-3)

29. Čo sme sa naučili Uviesť vzťah pre energiu EP vodiča v prípade, že poznáme jeho potenciál a náboj (slovné znenie a matematický zápis, obrázok, popis veličín). Uviesť vzťah pre energiu EP sústavy vodičov, ktoré sú blízko seba (slovné znenie a matematický zápis, obrázok, popis veličín) a pomocou neho odvodiť energiu EP pre kondenzátor (popis odvodenia, obrázok, slovné znenie a matematický zápis odvodeného vzťahu, popis veličín). Odvodiť vzťah pre energiu EP v objeme poľa a popísať hmotnosť a hustotu poľa. Popísať pohyb nabitej častice v homogénnom EP a odvodiť jej rýchlosť a dráhu. Dokázať, že sa bude pohybovať po časti paraboly. Definovať elektrický prúd ako tok častíc v prípade vodičov. Definovať slovne a matematicky stredný a okamžitý prúd. Poznať jeho jednotku. Definovať hustotu prúdu (slovné znenie a matematický zápis, obrázok) a pomocou nej vyjadriť prúd pretekajúci prierezom vodiča (obrázok, popis odvodenia). Vysvetliť pojmy driftová rýchlosť, koncentrácia nosičov, objemová hustota náboja. Vyjadriť hustotu prúdu z hľadiska objemovej hustoty náboja (slovné znenie a matematický zápis, obrázok). Vedieť počítať príklady na danú problematiku.