ELEKTROSTATYKA

Ładunek elektryczny

Oddziaływania elektromagnetyczne

Oddziaływania elektromagnetyczne - najważniejsze oddziaływania w przyrodzie!

a) Znacznie silniejsze (wiele rzędów wielkości) od oddziaływań grawitacyjnych.

b) W porównaniu z oddziaływaniami jądrowymi - oddziaływania długozasięgowe

To właśnie siły elektromagnetyczne odpowiadają za powstawanie związków chemicznych ( a więc i życia)

Dlaczego w dużych skalach dominuje oddziaływanie grawitacyjne?

Materia w dużych skalach jest na ogół elektrycznie obojętna.

Kwantyzacja ładunku

Ładunek elektryczny danego ciała nie może przyjmować wartości dowolnych!

Najmniejszą porcją energii jest ładunek elementarny równy, co do wartości ładunkowi elektronu:

e = 1,602 · 10-19 C

1 [C] = 1 [A] · [s]

Odkrycie elektronu - doświadczenie Thomsona

Doświadczenie Millikana - wyznaczenie wartość ładunku elementarnego (elektronu)

Zasada zachowania ładunku:

Całkowity ładunek elektryczny układu izolowanego jest stały

Przykład - Rozpad promieniotwórczy

Doświadczenia Coulomba

Waga skręceń

Pierwsza próba:

Naładowawszy obie kulki za pomocą główki od szpilki zaobserwowałem, że, podczas gdy wskaźnik mikrometru wskazuje zero kulka a odseparowana jest od kulki t o 36º

Druga próba:

Poprzez skręcenie podtrzymującego wahadło drutu o kąt 126º, jak to pokazała wskazówka mikrometru, doprowadziłem obie kulki do zbliżenia i odległe są teraz od siebie o 18º

Trzecia próba:

Poprzez skręcenie podtrzymującego wahadło drutu o kąt 567º doprowadziłem do zbliżenia kulek na odległość 8.5º

Z tych trzech prób wynika, że odpychanie naładowanych elektrycznie kul jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi

WNIOSEK:

Oscylator

... W ten sposób, za pomocą całkowicie odmiennej metody otrzymałem rezultat podobny jak poprzednio. Możemy, więc stwierdzić, że wzajemne przyciąganie ładunków elektrycznych zwanych dodatnimi i ładunków zwanych ujemnymi jest odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi

Prawo Coulomba:

Siła oddziaływania między dwoma ładunkami jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych dwu ładunków a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Jeżeli interesuje nas jedynie wartość siły to powyższy wzór można zapisać w postaci:

Grawitacja a oddziaływania elektryczne:

Przykład 1 Atom wodoru - oszacować siły wzajemnego oddziaływania elektronu i protonu, będące wynikiem oddziaływań grawitacyjnych i elektrostatycznych.

Za dane przyjąć: promień atomu wodoru r0 = 0,5 Å, ładunek elementarny e = 1,6 · 10-19 C, masa elektronu me = 9 · 10-31kg masa protonu mp = 1,7 · 10-27 kg

Zasada superpozycji

Siłę wypadkową liczymy jako sumę wektorową sił pochodzących od poszczególnych ładunków.

Przykład 2 Wyznaczyć wypadkową siłę działającą na elektron umieszczony między dwoma dodatnimi ładunkami jak na rysunku.

Przykład 3 Co by było gdyby materia nie była obojętna? Niech 1% cząsteczek Krzysia i Kasi będzie zjonizowanych. Niech na początku będą od siebie oddaleni o 1m.

POLE ELEKTRYCZNE

Ładunki oddziałują ze sobą na odległość - jak to jest możliwe?

Ładunek punktowy jest źródłem pola elektrycznego - pole to z kolei oddziałuje z ładunkami.

Definicja natężenia pola elektrycznego: Natężenie pola elektrycznego w danym punkcie jest to stosunek siły działającej na dodatni ładunek próbny q umieszczony w tym punkcie do jego wartości.

Jest to wielkość wektorowa!

A więc znając natężenie pole jesteśmy w stanie wyznaczyć wartość siły działającej na ładunek w danym punkcie

Graficzna reprezentacja pól - linie sił pola

Pole elektryczne jest polem wektorowym, aby je w pełni scharakteryzować należałoby w każdym punkcie narysować odpowiedni wektor.

Nie jest to jednak wygodny sposób

Właściwości linii sił pola:

1) Linie sił pola są w każdym punkcie styczne do wektora natężenia pola

2) Liczba linii sił pola przypadająca na jednostkowa powierzchnię prostopadłą do nich jest proporcjonalna do wartości natężenia pola

3) Na ogół linie sił pola zaczynają się na ładunkach dodatnich a kończą na ujemnych

Przykłady linii sił pól:

...