Elektrostatika II

1. Elektrostatika II Mgr. Andrea Cahelová Hlučín 2013

2. Práce v elektrickém poli • Prací ve fyzice rozumíme: působení síly po určité dráze. • W = F s [J], v případě, že jsou vektor síly a dráhy rovnoběžné, jinak • W = F s cos   (00 , 900) práce je kladná  (900 ,1800) práce je záporná pro kladný náboj  = 900 práce se nekoná (záporný opačně) • V elektrickém poli vykonávají práci elektrické síly, které přemísťují volné elektrony po určité dráze. • W = Fe s • Fe = E Q • Práce při přenesení bodového náboje nezávisí na tvaru dráhy. W = E Q s

3. Elektrické napětí • Definice: Podíl práce vykonané elektrickou silou při přenesení náboje z jednoho bodu do jiného a velikosti tohoto náboje. • Značka: U • Jednotka: V (podle italského fyzika Alessandra Volty) Vztah mezi el. intenzitou a el. napětím • U = E s —› jednotka intenzity Vm-1 • El. napětí měříme voltmetrem, který do obvodu zapojujeme vždy paralelně ke spotřebiči.

4. Úkoly: Najděte na internetu odpovědi na otázky: • Jaké můžeme využít zdroje napětí, jejich druhy? • Co je to pracovní diagram? • Jak si můžeme práci usnadnit?

5. Odpovědi: • Monočlánek, baterie, termočlánek, sluneční články a baterie, generátory (alternátor, dynamo). Zdroje střídavého a stejnosměrného napětí. • Závislost síly působící na těleso na dráze, po které se těleso pohybuje. • Pomocí jednoduchých strojů (páka, kladka, nakloněná rovina, kolo na hřídeli, …).

6. Elektrický potenciál • Skalární fyzikální veličina, která se používá k popisu elektrického pole. • Definice: Podíl velikosti potenciální energie bodového náboje a tohoto náboje. • Značka:  • Jednotka: V • Množiny bodů, které mají stejný el. potenciál tvoří hladinu potenciálu nebo ekvipotenciální plochu. Tyto plochy jsou kolmé k elektrickým siločárám. • U radiálního pole jsou to soustředěné kulové plochy. • U kulového vodiče je největší potenciál na jeho povrchu a s rostoucí vzdáleností klesá. • Mezi dvěma rovnoběžnými kovovými deskami jsou ekvipotenciální plochy roviny s deskami rovnoběžné. • Hladina nulového potenciálu je na povrchu země nebo uzemněných tělesech.

7. s + - E • Elektrické napětí můžeme také definovat jako rozdíl elektrických potenciálů mezi dvěma body: U =  – 0 • V případě, že je jedna deska uzemněna je její potenciál roven nule a napětí mezi deskami je rovno hodnotě potenciálu na první desce, U =  = E s. 1 2 Fe Q  3 2 1 0

8. Potenciál bodového náboje:

9. Otázky k procvičení: • Kterou vlastnost charakterizuje potenciál el. pole? • Jak definujeme elektrické napětí? • V jakých jednotkách a čím měříme el. napětí? • Uveďte vztah mezi veličinami el. napětí a intenzitou el. pole. • Co představuje ekvipotenciální plocha? • Zakreslete ekvipotenciální plochy a siločáry bodového náboje. • Zakreslete ekvipotenciální plochy a siločáry homogenního pole. • Kterým přístrojem měříme elektrický náboj? • Zakreslete siločáry elektrického dipólu. • Jakou hodnotu má permitivita vakua?

10. Rozložení náboje na vodiči • Náboj, který přivedeme ze zdroje napětí na vodivé těleso se rozloží pouze na jeho povrchu. • Na tělesech kulového tvaru se rozloží rovnoměrně, u nepravidelných těles nerovnoměrně. Větší množství náboje bude na hranách a hrotech tělesa. • Rozložení náboje charakterizuje fyzikální veličina plošná hustota náboje. • Značka:  • Jednotka: C m-2 rovnoměrně rozložený náboj nerovnoměrně rozložený náboj

11. Pole nabité vodivé koule(pravidelného tělesa) Závislost potenciálu a intenzity v poli nabité koule na vzdálenosti • V okolí vznikne radiální elektrické pole. • Velikost intenzity pole vně koule se vypočítá obdobně jako velikost intenzity bodového náboje. Uvnitř koule je však intenzita pole nulová. • Potenciál el. pole je uvnitř a na povrchu stejný. Potenciál vypočítáme obdobně jako potenciál bodového náboje. , E  E r R

12. Otázky: Najděte na internetu odpovědi na otázky: • Co je to sršení elektřiny? • Co je to elektrický výboj? • Co je to Faradayova klec?

13. Odpovědi: • Výboj, nebo-li ionizovaný plyn v okolí hrotů a hran vodivých těles, tzv. elektrický vítr. • Jev, který vzniká průchodem elektrického proudu plynem, projevuje se jeho „světélkováním“. • Jejím principem je rozložení náboje na povrchu vodivého tělesa, například při uhození blesku do auta se posádce uvnitř nic nestane, jelikož se takto přivedený náboj rozloží pouze na povrchu.

14. Odkazy: • Sršení elektřiny... • Elektrický výboj 1... • Elektrický výboj 2... • Vznik blesku... • Videopokusy... • Milionář z fyziky...  • Applety na celou fyziku... (lze zvolit češtinu)

15. Použitá literatura • LEPIL, O., ŠEDIVÝ, P. Fyzika pro gymnázia – Elektřina a magnetismus. Praha: Prometheus, 2000. ISBN 80-7196-202-3. • LEPIL, O., BEDNAŘÍK, M., HÝBLOVÁ, R. Fyzika pro střední školy 2. Praha: Prometheus, 1992. ISBN 80-85849-05-4.