Ηλεκτροστατικέςδυνάµεις καιηλεκτρικόπεδίο. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 1

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ηλεκτροστατικέςδυνάµεις καιηλεκτρικόπεδίο. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 1"

Μυρρίνη Καψής
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Ηλεκτροστατικέςδυνάµεις καιηλεκτρικόπεδίο Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 1

2 1 Ηαρχήτου ηλεκτρισµού Ο ηλεκτρισµός είναι σύµφυτος µε την ατοµική δοµή της ύλης. m p m n = = kg kg m e = kg e = C Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος

3 1 Ηαρχήτου ηλεκτρισµού Στη φύση τα άτοµα εµφανίζονται στη συνήθη τους µορφή ως ηλεκτρικά ουδέτερα, διότι ο αριθµός των πρωτονίων ισούται µε τον αριθµό των ηλεκτρονίων. q= Ne q = επιπλέον ηλεκτρικό φορτίο N = αριθµός επιπλέον ηλεκτρονίων e = 1,60 x C Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 3

4 1 Ηαρχήτου ηλεκτρισµού Παράδειγµα 1 Μεγάλο πλήθος ηλεκτρονίων Πόσα επιπλέον ηλεκτρόνια έχει ένα φορτίο -1Coulomb; q= Ne N q 1,00 C = = = 6, 5 10 e -19 1,60 10 C 18 Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 4

5 Φορτισµένα αντικείµενα και ηλεκτροστατικές δυνάµεις Φορτίο µπορεί να µεταφέρεται από το ένα σώµα στο άλλο.. Το σώµα που χάνει ηλεκτρόνια έχει θετικό φορτίο, ενώ αυτό που προσλαµβάνει έχει αρνητικό φορτίο. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 5

6 Φορτισµένα αντικείµενα και ηλεκτροστατικές δυνάµεις ΙΑΤΗΡΗΣΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ Κατά τη διάρκεια µιας διαδικασίας το συνολικό φορτίο ενός µονωµένου συστήµατος παραµένει σταθερό (διατηρείται). Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 6

7 Φορτισµένα αντικείµενα και ηλεκτροστατικές δυνάµεις Οµώνυµα φορτία απωθούνται και ετερώνυµα έλκονται. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 7

8 3 Αγωγοί και µονωτές Ηλεκτρικά φορτία που εµφανίζονται σε κάποιο σώµα µπορούν να κινούνται προς µια κατεύθυνση. Υλικά στα οποία τα ηλεκτρικά φορτία κινούνται προσανατολισµένα είναι ηλεκτρικοί αγωγοί. Υλικά στα οποία τα ηλεκτρικά φορτία δεν µπορούν να έχουν προσανατολισµένη κίνηση είναι ηλεκτρικοί µονωτές. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 8

9 18.5 Νόµος Coulomb ΝΟΜΟΣ COULOMB Το µέτρο της ηλεκτροστατικής δύναµής µεταξύ δύο σηµειακών φορτίων είναι ανάλογο του γινοµένου των δύο φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασής τους. F = k q 1 r q ε ο ( ) = 8,85 10 C N m 1 ( ) 9 k = 1 4πε o = 8,99 10 N m C Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 9

10 18.5 Νόµος Coulomb Παράδειγµα 3 Άτοµο υδρογόνου Στο άτοµο του υδρογόνου, σύµφωνα µε το πρότυπο Bohr, το ηλεκτρόνιο είναι σε τροχιά ακτίνας 5.9x10-11 m γύρω απ τον πυρήνα. Προσδιορίστε την ταχύτητα κίνησης του ηλεκτρονίου. Η τροχιά θεωρείται κυκλική F = k q 1 r q Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 10

11 18.5 Νόµος Coulomb F 9 19 ( 8,99 10 N m C )( 1, C ) 11 ( 5, 9 10 m) q1 q 8 = k = = 8, 10 N r F = ma c = mv r v ( 8 8, 10 N)( 5, m) = Fr m = = -31 9,11 10 kg 6,18 10 m s Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 11

12 18.5 Νόµος Coulomb Παράδειγµα 4 Τρία σηµειακά φορτία σε ευθεία Προσδιορίστε την ηλεκτροστατική δύναµη στο φορτίο q 1. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 1

13 18.5 Νόµος Coulomb F ( 8,99 10 N m C )( 3, 0 10 C )( 4, 0 10 C ) q q = k = =,7N r 1 1 F ( 0, 0m) ( 8,99 10 N m C )( 3, 0 10 C )( 7, 0 10 C ) q q = k = = 8,4N r ( 0,15m) r r r F = F1 + F13 =, 7N+ 8, 4N=+ 5,7N Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 13

14 18.5 Νόµος Coulomb Βρείτε την ηλεκτρική δύναµη στο φορτίο q 1 Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 14

18.6 Ηλεκτρικό πεδίο Παράδειγµα 6 οκιµαστικό φορτίο Σε θετικό δοκιµαστικό φορτίο µέτρου 3.0x10-8 C ασκείται δύναµη µέτρου 6x10-8 N. (α) Βρείτε τη δύναµη ανά µονάδα φορτίου.

15 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο Παράδειγµα 6 οκιµαστικό φορτίο Σε θετικό δοκιµαστικό φορτίο µέτρου 3.0x10-8 C ασκείται δύναµη µέτρου 6x10-8 N. (α) Βρείτε τη δύναµη ανά µονάδα φορτίου. (β) Αν αντικαταστήσουµε το δοκιµαστικό φορτίο µε φορτίο +1x10-8 C, τι δύναµη θα ασκείται σ αυτό. (a) F q o N 8 N C = = 3 10 C (b) F ( )( ) = = 8 8 N C 1 10 C 4 10 N Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 15

16 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο Η έννοια του ηλεκτρικού πεδίου είναι µείζονος σηµασίας για τη µελέτη των ηλεκτρικών δυνάµεων. Θεωρείτε ηλεκτρικό πεδίο κάθε χώρος εντός του οποίου µπορούν να ασκηθούν ηλεκτρικές δυνάµεις. ΟΡΙΣΜΟΣ ΕΝΤΑΣΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕ ΙΟΥ Το µέτρο της έντασης ηλεκτρικού πεδίου ορίζεται σαν το πηλίκο της δύναµης που ασκείται σε δοκιµαστικό φορτίο, προς το µέτρο του φορτίου αυτού r E = r F q o Μονάδα έντασης ηλεκτρικού πεδίου στο S.I: Newton ανά coulomb (N/C) Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 16

17 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο Το ηλεκτρικό πεδίο εµφανίζεται συνήθως λόγω της ύπαρξης άλλων φορτίων στον παρακείµενο χώρο. Η ηλεκτροστατική δύναµη σε θετικό φορτίο έχει την ίδια φορά µε την ένταση στο σηµείο αυτό. Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου έχει κατεύθυνση από θετικά προς αρνητικά φορτία. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 17

18 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο Παράδειγµα 7 Υπολογισµός της δύναµης απ την ένταση Βρείτε τη δύναµη που ασκείται στο φορτίο στις περιπτώσεις (α) και (β).η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο συγκεκριµένο σηµείο είναι 0 N/C. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 18

18.6 Ηλεκτρικό πεδίο (α) F o ( )( ) = q E= = 8 8 N C 18 10 C 36 10 N (β)

19 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο (α) F o ( )( ) = q E= = 8 8 N C C N (β) F qo E ( )( ) = = = 8 8 N C 4 10 C N Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 19

20 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο Παράδειγµα 10 Ένταση ηλεκτρικού πεδίου σε σηµειακό φορτίο Το φορτίο που δηµιουργεί το πεδίο q=+15µc είναι στο κενό. Το υπόθεµα q 0 =+0,80µC είναι σε απόσταση 0,0m δεξιά του φορτίου q Βρείτε την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο σηµείο P. r r F E = q o F = k q 1 r q Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 0

21 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο F = k q q o r ( 8,99 10 N m C )( C )( 0,8 10 C ) = = ( 0,0m),7N E F,7 N = = = -6 q 0,8 10 C o 6 3, 4 10 N C Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 1

22 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο E = F q o = k q r q o 1 q o Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου δεν εξαρτάται από το υπόθεµα. Φορτίο πηγή q: E= k q r Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος

23 18.6 Ηλεκτρικό πεδίο Παράδειγµα 1 Συµµετρία και ηλεκτρικό πεδίο Σηµειακά φορτία τοποθετούνται στις κορυφές ορθογωνίου. Τα φορτία έχουν την ίδια τιµή και είναι είτε θετικά είτε αρνητικά όπως φαίνεται στα δύο σχήµατα α και β. Σε ποιο απ τα δύο σχήµατα το ηλεκτρικό πεδίο είναι ισχυρότερο στο κέντρο του ορθογωνίου; Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 3

24 18.7 υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου είναι νοητές γραµµές που µας δίνουν µια εικόνα του ηλεκτρικού πεδίου στο χώρο. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 4

25 18.7 υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου Οι δυναµικές γραµµές ξεκινούν από θετικά φορτία και καταλήγουν σε αρνητικά. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 5

26 18.7 υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου στο χώρο µεταξύ δύο φορτισµένων µεταλλικών πλακών µε ίσα και αντίθετα φορτία. Το πεδίο στον ενδιάµεσο χώρο χαρακτηρίζεται σαν οµογενές. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 6

27 18.7 υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου Η πυκνότητα των δυναµικών γραµµών που ξεκινούν από ένα θετικό ή καταλήγουν σε αρνητικό φορτίο είναι ανάλογη του µέτρου του φορτίου. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 7

28 18.7 υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 8

29 18.7 υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου Παράδειγµα 13 Σχεδίασηδυναµικών γραµµών Υπάρχουν τρία σχεδιαστικά λάθη στο σχήµα α. Ποια είναι αυτά; 1.Οι δυναµικές γραµµές ποτέ δεν τέµνονται..η πυκνότητα των δυναµικών γραµµών που καταλήγουν στα αρνητικά φορτία. 3.Η µορφή των δυναµικών γραµµών Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 9

30 18.7 υναµικές γραµµές ηλεκτρικού πεδίου 1.Οι δυναµικές γραµµές ποτέ δεν τέµνονται..η πυκνότητα των δυναµικών γραµµών που καταλήγουν στα αρνητικά φορτία. 3.Η µορφή των δυναµικών γραµµών Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 30

γραµµές είναι κάθετες στην επιφάνεια του

31 18.8 Ηλεκτρικό πεδίοεντός αγωγού µε κοιλότητα. Ηλεκτρική θωράκιση Όταν τα φορτία βρίσκονται σε ισορροπία οι δυναµικές γραµµές είναι κάθετες στην επιφάνεια του αγωγού. Σε κοιλότητα αγωγού το ηλεκτρικό πεδίο εξουδετερώνεται. Κυριάκος Κουγιουµτζόπουλος 31

Σχετικά έγγραφα

ΦΥΣΙΚΗ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ Μοντέλο ατόμου m p m n =1,7x10-27 Kg m e =9,1x10-31 Kg Πυρήνας: πρωτόνια (p + ) και νετρόνια (n) Γύρω από τον πυρήνα νέφος ηλεκτρονίων (e -