Το ηλεκτρικό ρεύμα. και. πηγές του. Μια διαδρομή σε μονοπάτια. Φυσικής Χημείας. Επιμέλεια: Διονύσης Μάργαρης

Σχετικά έγγραφα
Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Ηλεκτρική ροή. Εμβαδόν=Α

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS

Ηλεκτρική δυναμική ενέργεια

Ασκήσεις 2 ου Κεφαλαίου, Νόμος του Gauss

ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ GAUSS ΚΕΦ.. 23

Κεφάλαιο Η2. Ο νόµος του Gauss

Όταν ένα δοκιµαστικό r φορτίο r βρεθεί µέσα σε ένα ηλεκτρικό πεδίο, δέχεται µια ηλεκτρική δύναµη: F = q E. Η ηλεκτρική δύναµη είναι συντηρητική.

Φυσική για Μηχανικούς

Ορίζοντας την δυναμική ενέργεια σαν: Για μετακίνηση του φορτίου ανάμεσα στις πλάκες: Ηλεκτρικό Δυναμικό 1

Ηλεκτρομαγνητισμός - Οπτική - Σύγχρονη Φυσική Ενότητα: Ηλεκτρομαγνητισμός

Φυσική για Μηχανικούς

Το βαρυτικό πεδίο της Γης.

Φυσική για Μηχανικούς

Πυκνότητα φορτίου. dq dv. Μικρή Περιοχή. φορτίου. Χωρική ρ Q V. Επιφανειακή σ. dq da Γραµµική λ Q A. σ = dq dl. Q l. Γ.

Φυσική για Μηχανικούς

Κεφάλαιο 22 Νόµος του Gauss. Copyright 2009 Pearson Education, Inc.

2. Δυναμικό και χωρητικότητα αγωγού.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 2: Ο νόμος του Gauss. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΔΙΑΛΕΞΗ 2 Νόμος Gauss, κίνηση σε ηλεκτρικό πεδίο. Ι. Γκιάλας Χίος, 28 Φεβρουαρίου 2014

ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΔΙΑΦΟΡΑ ΔΥΝΑΜΙΚΟΥ

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

Φυσική για Μηχανικούς

ΣΧΟΛΗ ΕΜΦΕ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ Ι) η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ, Αγωγοί Διηλεκτρικά. Ν. Τράκας, Ι. Ράπτης Ζωγράφου 27.3.

Δυναμική Ενέργεια σε Ηλεκτρικό πεδίο, Διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού. Ιωάννης Γκιάλας 14 Μαρτίου 2014

E = E 0 + E = E 0 P ϵ 0. = 1 + χ r. = Q E 0 l

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Ενημέρωση. Η διδασκαλία του μαθήματος, όλες οι ασκήσεις προέρχονται από το βιβλίο: «Πανεπιστημιακή

4η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Ασκήσεις 4 ου Κεφαλαίου

Φυσική για Μηχανικούς

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΣΧΟΛΗ ΕΜΦΕ ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ (ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ Ι) η ΣΕΙΡΑ ΑΣΚΗΣΕΩΝ. Ν. Τράκας, Ι. Ράπτης 2/4/2018

Κίνηση σε Ηλεκτρικό Πεδίο.

Εφαρμογές Νόμος Gauss, Ηλεκτρικά πεδία. Ιωάννης Γκιάλας 7 Μαρτίου 2014

Α) Η επιφάνεια Gauss έχει ακτίνα r μεγαλύτερη ή ίση της ακτίνας του κελύφους, r α.

Φυσική για Μηχανικούς

(α) 1. (β) Το σύστημα βρίσκεται υπό διαφορά δυναμικού 12 V: U ολ = 1 2 C ολ(δv) 2 = J.

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ ΠΗΓΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ

ΦΥΣΙΚΗ ΓΙΑ ΜΗΧΑΝΙΚΟΥΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΗΛΕΚΤΡΙΣΜΟΣ ΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ

To θετικό πρόσημο σημαίνει ότι το πεδίο προσφέρει την ενέργεια για τη μετακίνηση αυτή.

ΘΕΜΑ 1. Ονοματεπώνυμο. Τμήμα

Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Πολυτεχνική Σχολή Πανεπιστήμιο Κύπρου

1. Ηλεκτρικό Φορτίο. Ηλεκτρικό Φορτίο και Πεδίο 1

Φυσική για Μηχανικούς

Μερικές εισαγωγικές ερωτήσεις στα ρευστά.

Πρόβλημα 4.9.

Κλασική Ηλεκτροδυναμική Ι

Ηλεκτρική ροή. κάθετη στη ροή ή ταχύτητα των σωματιδίων

ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕ ΙΟ. (συνέχεια) ΝΟΜΟΣ GAUSS ΓΙΑ ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕ ΙΟ. H ηλεκτρική ροή που διέρχεται δια µέσου µιας (τυχούσας) επιφάνειας Α είναι r r

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Hλεκτρικό. Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Φυσική για Μηχανικούς

ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ

ΦΥΕ 14 6η ΕΡΓΑΣΙΑ Παράδοση ( Οι ασκήσεις είναι ϐαθµολογικά ισοδύναµες)

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ και ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ (ΚΕΦ 24)

Κίνηση σε Ηλεκτρικό Πεδίο.

sin(30 o ) 4 cos(60o ) = 3200 Nm 2 /C (7)

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Hλεκτρικό. Πεδίο. Ζαχαριάδου Αικατερίνη Γενικό Τμήμα Φυσικής, Χημείας & Τεχνολογίας Υλικών Τομέας Φυσικής ΤΕΙ ΠΕΙΡΑΙΑ

Φυσική για Μηχανικούς

Ένα υγρό σε δοχείο και το υδροστατικό παράδοξο.

7.1 Τα πρώτα πειράματα της χρονιάς.

ΘΕΜΑΤΑ ΠΑΛΑΙΟΤΕΡΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ

Λύση Α. Σωστή η επιλογή α. Β.

Προτεινόμενο Διαγώνισμα Φυσικής B Λυκείου Γενικής Παιδείας

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ

ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ και ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΑ

ΦΥΕ14 - ΕΡΓΑΣΙΑ 6 Προθεσμία αποστολής: 4/7/2006

ΦΥΣΙΚΗ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΑ ΕΠΑΝΑΛΗΨΗΣ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 24/4/2014

Φυσική για Μηχανικούς

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ. Ενότητα 3: Ηλεκτρικό δυναμικό. Αν. Καθηγητής Πουλάκης Νικόλαος ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τ.Ε.

ΦΥΣΙΚΗ ΙΙΙ. Ενότητα: Ηλεκτροστατική ΜΑΪΝΤΑΣ ΞΑΝΘΟΣ ΤΜΗΜΑ ΦΥΣΙΚΗΣ

Μην ξεχνάμε τον άξονα περιστροφής.

Εξίσωση Laplace Θεωρήματα Μοναδικότητας

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

Ενέργεια. Μερικές όψεις της διδασκαλίας μας.

Κλασική Hλεκτροδυναμική

ΦΥΕ14, Εργασιά 6 η Ημερομηνία παράδοσης 28/6/2010

1η Εργασία στο Μάθημα Γενική Φυσική ΙΙΙ - Τμήμα Τ1. Λύσεις Ασκήσεων 1 ου Κεφαλαίου

πάχος 0 πλάτος 2a μήκος

Φυσική για Μηχανικούς

Τμήμα Φυσικής Πανεπιστημίου Κύπρου Χειμερινό Εξάμηνο 2016/2017 ΦΥΣ102 Φυσική για Χημικούς Διδάσκων: Μάριος Κώστα

Φυσική IΙ. Ενότητα 3: Ο Νόμος του Gauss. Κουζούδης Δημήτρης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Χημικών Μηχανικών

Δομή Διάλεξης. Ορισμός Ηλεκτρικού Δυναμικού και συσχέτιση με το Ηλεκτρικό Πεδίο

ΕΠΙΛΟΓΗ ΘΕΜΑΤΩΝ ΠΑΝΝΕΛΛΗΝΙΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ ΠΡΟΑΓΩΓΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ

Ηλεκτρική Μετατόπιση- Γραμμικά Διηλεκτρικά

ΦΥΣΙΚΗ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ. ΘΕΜΑ 1 ο

Φυσική για Μηχανικούς

ΣΥΜΠΛΗΡΩΣΗ ΑΝΑΦΟΡΑΣ ΑΣΚΗΣΗ 4

ΟΜΟΣΠΟΝΔΙΑ ΕΚΠΑΙΔΕΥΤΙΚΩΝ ΦΡΟΝΤΙΣΤΩΝ ΕΛΛΑΔΟΣ (Ο.Ε.Φ.Ε.) ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ 2018 Β ΦΑΣΗ ΦΥΣΙΚΗ ΣΥΝΕΙΡΜΟΣ

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ ΙΙ-ΙΟΥΝΙΟΣ 2011

Ηλεκτρικό φορτίο Ηλεκτρικό Πεδίο

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ & ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ

ΤΡΑΠΕΖΑ ΘΕΜΑΤΩΝ ΦΥΣΙΚΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Β ΛΥΚΕΙΟΥ

Transcript:

Το ηλεκτρικό ρεύμα και οι πηγές του. Μια διαδρομή σε μονοπάτια Φυσικής Χημείας. και Επιμέλεια: Διονύσης Μάργαρης

Η εργασία αυτή αφιερώνεται στους νέους συναδέλφους Φυσικούς και Χημικούς, αφού περιλαμβάνει πράγματα που με είχαν απασχολήσει κατά περιόδους και για μεγάλα χρονικά διαστήματα στη διάρκεια της διδασκαλίας μου. Πράγματα που πάντα τα διδάσκαμε ασύνδετα και που θεωρώ ότι καλό είναι να τα έχουμε συνδέσει στο μυαλό μας, (άσχετα πόσα και ποια από αυτά θα χρειαστεί να διδάξουμε στους μαθητές μας ) Διονύσης Μάργαρης www.ylikonet.gr

Τα τελευταία χρόνια, έχει βγει από την διδακτέα ύλη, κάθε αναφορά στην συμπεριφορά της ύ- λης, όταν βρεθεί μέσα σε ηλεκτρικό πεδίο, όπως επίσης και το ηλεκτρικό πεδίο, που δημιουργεί ένα φορτισμένο σώμα, το οποίο δεν είναι σημειακό αντικείμενο. Έχουμε περιοριστεί να μελετάμε, το ηλεκτρικό πεδίο που οφείλεται σε σημειακά ηλεκτρικά φορτία και πέρα τούτου ουδέν (με εξαίρεση μια απλοποιημένη διδασκαλία του πυκνωτή). Ας θυμηθούμε λοιπόν μερικά πράγματα από φορτισμένους αγωγούς. 1. Φορτισμένος αγωγός. Έστω ότι διαθέτουμε ένα φορτισμένο αγωγό. Στην περίπτωση αυτή ενδιαφέρον παρουσιάζει ένας αγωγό σε ηλεκτροστατική ισορροπία και οι βασικές ιδιότητες που περιγράφουν την κατάσταση είναι: i) Παντού στο εσωτερικό του το ηλεκτρικό πεδίο είναι μηδενικό ( E r = ). ii) Όλο το (πλεονασματικό) φορτίο του αγωγού είναι κατανεμημένο στην εξωτερική του επιφάνεια. iii) Οι δυναμικές γραμμές του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργεί, είναι κάθετες στην επιφάνεια του αγωγού, η δε ένταση του πεδίου, σε ένα σημείο πολύ κοντά στην επιφάνειά του, έχει μέτρο σ E =, όπου σ η επιφανειακή πυκνότητα φορτίου στην περιοχή της επιφάνειας αυτής. iv) Εάν ο αγωγός έχει ακανόνιστο σχήμα, τότε τα φορτία δεν ισοκατανέμονται στην επιφάνειά του, αλλά παρουσιάζεται μεγαλύτερη επιφανειακή πυκνότητα φορτίου, στα σημεία της ε- πιφάνειας με μικρότερη ακτίνα καμπυλότητας. Με άλλα λόγια στις ακίδες έχουμε μεγαλύτερη συγκέντρωση φορτίων. Ας δούμε λίγο αναλυτικά τις παραπάνω παραδοχές, παίρνοντας ως παράδειγμα μια αγώγιμη μεταλλική σφαίρα κέντρου Ο και ακτίνας R, η οποία είναι φορτισμένη, φέροντας θετικό φορτίο Q. Το ηλεκτρικό της πεδίο είναι όπως αυτό του σχήματος: www.ylikonet.gr 3

Ο Στο εσωτερικό της σφαίρας η ένταση είναι παντού μηδενική, αφού αν υποθέσουμε ότι σε κάποιο σημείο υπήρχε ηλεκτρικό πεδίο κάποιας έντασης, το αποτέλεσμα θα ήταν, να ασκούσε δύναμη στα ελεύθερα ηλεκτρόνια του αγωγού. Αλλά τότε θα είχαμε κίνηση φορτίων και ο αγωγός δεν θα ήταν σε ηλεκτροστατική ισορροπία. Αλλά εφαρμόζοντας το νόμο του Gauss για μια τυχαία κλειστή επιφάνεια, όπως αυτή του διπλανού σχήματος, θα είχαμε: q Φ = ή Όπου q ολ το ολικό φορτίο που περικλείεται από την κλειστή ε- πιφάνεια, που στο σχήμα μας έχει γαλάζιο χρώμα. Αλλά με την λογική αυτή όσο και να μεγαλώσουμε την κλειστή μας επιφάνεια, αρκεί να είναι στο εσωτερικό της σφαίρας, πάντα θα ισχύει ότι το φορτίο που περικλείει είναι μηδενικό. Δεν μένει από το να δεχτούμε, ότι το συνολικό φορτίο της σφαίρας κατανέμεται λοιπόν στην εξωτερική της επιφάνεια. Αλλά γιατί η ένταση να είναι κάθετη στην επιφάνεια; Έστω ότι κάτι τέτοιο δεν συμβαίνει και η ένταση σε ένα σημείο της επιφάνειας, έχει την διεύθυνση του σχήματος, τότε θα είχαμε συνιστώσα Ε x παράλληλη στην επιφάνεια, με αποτέλεσμα τα φορτία της επιφάνειας στο σημείο αυτό, θα δεχόταν δύναμη και θα κινούντο, παράλληλα στην επιφάνεια. Αλλά τότε δεν θα είχαμε ξανά ηλεκτροστατική ισορροπία. Ας επιστρέψουμε τώρα στην φορτισμένη σφαίρα και ας πάρουμε μια ομόκεντρη σφαιρική επιφάνεια με ακτίνα απειροελάχιστα μεγαλύτερη της ακτίνας R της σφαίρας. Λόγω σφαιρικής συμμετρίας σε όλα τα σημεία της επιφάνειας η ένταση θα έχει το ίδιο μέτρο Ε. Με εφαρμογή του νόμου του Gauss, θα είχαμε: www.ylikonet.gr 4 q E da= = q ολ =

q Φ = ή E da= Q Q Q π ή ε ε E da= E 4 R = Q E= (1) 4πε R Παρατηρούμε δηλαδή ότι η ένταση σε σημεία, πολύ κοντά στην επιφάνεια της σφαίρας, δίνεται από την γνωστή μας σχέση που ξέρουμε για το ηλεκτρικό πεδίο σημειακού φορτίου. Ή να το πούμε με άλλα λόγια, το ηλεκτρικό πεδίο στο εξωτερικό μιας φορτισμένης σφαίρας, είναι απολύτως ίδιο με το ηλεκτρικό πεδίο που θα είχαμε, αν το φορτίο ήταν συγκεντρωμένο στο κέντρο της. Εξάλλου το εμβαδόν της παραπάνω σφαίρας είναι Α= 4π R συνεπώς η επιφανειακή πυκνότητα Q Q φορτίου θα είναι σ = = και η σχέση (1) γίνεται: A 4πR E σ = Σχέση, που ισχύει και σε κάθε περίπτωση, αφού και σε μια τυχαίου σχήματος επιφάνεια, όπως αυτή του διπλανού σχήματος, θα μπορούσαμε να πάρουμε σαν επιφάνεια Gauss, την επιφάνεια ενός μικρού κυλίνδρου με βάση ίση με το στοιχειώδες τμήμα dα της επιφάνειας, οπότε: Φ q = dq E da= = dq daε = Τέλος αν δούμε την κατανομή των φορτίων στην επιφάνεια στην περίπτωση που ο αγωγός παρουσιάζει μια ακίδα, θα πάρουμε την εικόνα του διπλανού σχήματος. Στην περιοχή της ακίδας παρουσιάζεται μεγάλη συγκέντρωση φορτίων. Παλιότερα αυτό λεγόταν «η δύναμη των ακίδων», πάνω στην οποία στηρίζεται η χρήση του αλεξικέραυνου. E σ www.ylikonet.gr 5

dmargaris@sch.gr www.ylikonet.gr 6