Elektrosztatika

1. Elektrosztatika Hétköznapi tapasztalatok • villám • fésülködés • tv képernyő • műszálas pullover • portörlő • fénymásoló Készítette: Porkoláb Tamás Villám (lassítva) http://www.ultraslo.com/page/9506190 http://phet.colorado.edu/en/simulation/travoltage http://phet.colorado.edu/hu/simulation/balloons

2. Kísérletek Abőrrel dörzsölt üvegrúd és a műszállal dörzsölt ebonitrúd az apró papírdarabokat (tollat) vonzza. Az alufólia darabkákat is. Készítette: Porkoláb Tamás

3. Dörzsölés Kísérletek • előtt • után Készítette: Porkoláb Tamás szőrme Ebonit rúd

4. Ha a megdörzsölt üveg-vagy ebonit rudat húzunk végig az elektroszkóp tetején… A mutató kitér. Kísérletek Készítette: Porkoláb Tamás

5. Az elektromosan töltött rúddal csak közelítünk, de nem érünk az elektroszkóphoz… Amíg az elektroszkóp közelében van a rúd, a mutató kitér, de amint elvesszük onnan, visszaáll. Kísérletek Készítette: Porkoláb Tamás + + +

6. Szigetelők A külső elektronok kötöttek az atomtörzshöz. Az ilyen anyag nem vezeti az áramot. Az elektromos test hatására az elektronok a maghoz képest csak kismértékben tudnak elmozdulni. Ekkor az anyag polarizálódik. Készítette: Porkoláb Tamás + + + + + Elektromos test Polarizált szigetelő

7. Szigetelő anyagok • Üveg • Bakelit • Ebonit • Gyémánt • Tiszta víz • Levegő Készítette: Porkoláb Tamás

8. Vezetők Pozitív töltésű atomok (ionok) kristályrácsából és „szabad” elektrongázból áll. A töltéshordozók szabadon elmozdulhatnak, az elektromos állapot a vezető egészére szétterjed. A fémek vezető anyagok. A Föld belseje is nagy kiterjedésű vezető. Készítette: Porkoláb Tamás Fémrács Fém alapállapotban semleges: elektrongáz -ion -elektronok

9. Vezető anyagok • Fémek • Szén • Grafit • Elektrolitok • Plazma Készítette: Porkoláb Tamás

10. Elektromos megosztás • Az elektromos test a környezetében lévő vezető anyagokon elektromos megosztást idéz elő. Készítette: Porkoláb Tamás + + + + Elektromos test Megosztott vezető

11. Elektromos állapotok Kétféle létezik: Azok a testek pozitív töltésűek, amik ugyanolyan elektromos állapotúak, mint a megdörzsölt üveg. Azok a testek negatív töltésűek, amik ugyanolyan elektromos állapotúak, mint a megdörzsölt ebonit. Készítette: Porkoláb Tamás

12. A töltés magyarázata Atommag Elektronfelhő Készítette: Porkoláb Tamás proton neutron elektron Semleges atom: elektronok száma=protonok száma

13. A töltés definíciója Az elektrosztatikus mező forrásai a nyugvó töltések. Először definiálnunk kell egy töltés nagyságát. • Két töltés egyenlő nagyságú, ha egy tetszőleges harmadik töltésre ugyanakkora távolságból ugyanakkora erővel hatnak. • Az a töltés nagyobb, amelyik egy tetszőleges harmadik töltésre ugyanakkora távolságból nagyobb erővel hat • Egységnyi az a töltés, amely 1 m távolságból a vele egyenlő nagyságú töltésre Készítette: Porkoláb Tamás N erővel hat.

14. A töltés definíciója A töltés jele: Q. Mértékegysége: 1 C (coulomb). (Charles Coulomb, francia, 1736-1806). Elemi töltésnek nevezzük az elektron töltését: Készítette: Porkoláb Tamás A töltésmegmaradás törvénye: Zárt rendszerben a töltések algebrai összege változatlan. http://www.sulinet.hu/tlabor/fizika/teszt/f40.htm

15. Coulomb Charles Augustin Coulomb (Angoulême, 1736. június 14. – Párizs, 1806. augusztus 23.) francia fizikus, leginkább a Coulomb-törvény megalkotásáról nevezetes. A Coulomb-erő egyike az atomi reakcióban szerepet játszó alapvető erőknek. Gépek súrlódását, szélmalmokat, fém- és selyemszálak rugalmasságát is vizsgálta. Az elektromos töltés egysége az ő tiszteletére kapta a coulomb nevet. Készítette: Porkoláb Tamás

16. Coulomb törvénye Készítette: Porkoláb Tamás Coulomb torziós ingával végzett kísérletei alapján megállapította, hogy két tetszőleges töltés közt ható erő esetén: F  0 a vákuum dielektromos állandója vagy más néven a vákuum permittivitása.

17. Az elektromos tér szemléltetése http://www.rabidgeek.net/physics-applets/electric-fields/ Készítette: Porkoláb Tamás

18. Az elektromos térerősség Az elektromos tér erőssége egy pontban azt mutatja meg, hogy mekkora erő hat abban a pontban az 1 C nagyságú töltésre. A térerősség jele: E. Készítette: Porkoláb Tamás Homogénnek nevezünk egy elektromos mezőt, ha a térerősség vektora a tér minden pontjában állandó. http://phet.colorado.edu/sims/charges-and-fields/charges-and-fields_hu.html http://www.falstad.com/emstatic/

19. Elektromos térerősségek összegzése Newton IV. törvényéből következik, hogy ha a tér egy pontjában több elektromos tér fejti ki a hatását, akkor az ottani térerősség az egyes térerősségek vektori eredőjeként számolható ki. Készítette: Porkoláb Tamás

20. Volta Gróf Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Volta olasz fizikus, az elektromos áram elméletének kidolgozója, a víz elektrolízisének felfedezője és a kénsavoldatba merülő cink- és rézelektródból álló Volta-elem (galvánelem) feltalálója. A volt mértékegység róla kapta a nevét. 1801-ben NapóleonPárizsba hívta, hogy bemutassa a galvánláncra vonatkozó kísérleteit az Institut-nek; később a becsületrend tisztjévé tette, neki adományozta a vaskorona-rendet, illetve kinevezte Itália grófjává és szenátorává. Készítette: Porkoláb Tamás

21. Az elektromos feszültség Az elektromos munka egy külső erő vagy az elektromos mező által egy töltésen végzett munkát jelent. Ez a munka független attól, hogy a töltés milyen úton jut A – ból B – be (vagyis az elektromos erőtér konzervatív). Az elektromos feszültség megmutatja, hogy mennyi munkát végez az elektromos mező vagy egy külső erő egységnyi töltésen. Jele: U. Így: Készítette: Porkoláb Tamás

22. Elektromos feszültség homogén térben Homogén erőtérben: Készítette: Porkoláb Tamás

23. Potenciál Az elektromos potenciál egy általunk kijelölt ponthoz viszonyított feszültség. Az elektromos feszültség a tér két pontja közt pedig a pontok potenciáljainak különbsége, tehát a feszültség valójában potenciálkülönbség. Készítette: Porkoláb Tamás Ha pl: , akkor

24. Ekvipotenciális felületek Az azonos potenciálú görbéket ekvipotenciális görbéknek, a térben pedig ekvipotenciális felületeknek nevezzük. Ezek mindig merőlegesek az erővonalakra, az elektromos térerősségre is. Készítette: Porkoláb Tamás

25. Elektromos töltés vezetőn http://www.youtube.com/watch?v=Zi4kXgDBFhw http://www.youtube.com/watch?v=WqvImbn9GG4 Alufóliába csomagolt rádió, mobiltelefon Készítette: Porkoláb Tamás A vezetőre vitt többlettöltés mindig a vezető külső felületén helyezkedik el. A vezető belsejében a térerősség zérus, E = 0. A vezető belsejének minden pontja ekvipotenciális, vagyis bármely két pont közt 0 a feszültség. A vezető határán a térerősség merőleges a vezető felületére .

26. Példák • Autó, repülő fémburkolata • Elektromos gépek védelme • Veszélyes anyagok tárolása Készítette: Porkoláb Tamás

27. : pozitív többlettöltés : a vezető környezetében az erővonalak, így a térerősség iránya (a rajz egy vezető keresztmetszete) A csúcsban kerülhetnek a legtávolabbra a többi töltéstől. · + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + Elektromos csúcshatás Készítette: Porkoláb Tamás A csúcsokon nagyobb a töltéssűrűség.

28. Villámhárító Kszítette: Porkoláb Tamás Készítette: Porkoláb Tamás

29. Villámhárító Készítette: Porkoláb Tamás

30. Kondenzátorok Az elektromos töltés felhalmozására, tárolá-sára szolgáló berende-zéseket kondenzátornak nevezzük. Minden kondenzátor legalább két párhuzamos vezető anyagból (fegy-verzet), és a közöttük lévő szigetelő anyagból (dielektrikum) áll. Készítette: Porkoláb Tamás

31. Kondenzátorok felhasználása • fénycsövek vibrálásának csökkentésére • rádiókészülékekben forgókondenzátorral hangoljuk a vevőkört az adás frekvenciájára • rádiókészülékekben kondenzátorral szűrik ki az adást a vivőfrekvenciáról • a távbeszélő technikában vagy a váltakozó áramú körökben zavarszűrő kondenzátorként • motorok indítókondenzátoraiként • a váltófeszültségből egyenirányított egyenfeszültségek stabilizálása tápegységekben • szűrőkondenzátorként az alacsony frekvenciás váltóáramú összetevők kiszűrése Készítette: Porkoláb Tamás

32. Kondenzátorok kapacitása http://phet.colorado.edu/hu/simulation/capacitor-lab Készítette: Porkoláb Tamás Kapacitás: töltésbefogadó képesség. Megmutatja, hogy 1 V feszültség hatására mennyi töltést képes felhalmozni a kondenzátor. Jele: C. Vagyis: