Κεφάλαιο 5: Στατικός Ηλεκτρισμός Ο Θαλής ο Μιλήσιος (600 π.χ) παρατήρησε ότι αν τρίψουμε το ήλεκτρο (κεχριμπάρι) με ένα στεγνό μάλλινο ύφασμα αποκτά την ιδιότητα να έλκει μικρά κομματάκια από χαρτί, τρίχες και άλλα ελαφρά αντικείμενα. Τα σώματα που μπορούν να έλκουν διάφορα ελαφρά αντικείμενα όταν τα τρίψουμε με ύφασμα λέμε ότι είναι ηλεκτρισμένα ή ηλεκτρικά φορτισμένα. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται ηλέκτριση των σωμάτων. Το φυσικό μέγεθος που προκαλεί τις ηλεκτρικές ιδιότητες στα σώματα ονομάζεται ηλεκτρικό φορτίο (Q) και η μονάδα μέτρησης του είναι το 1 Coulomb (1C). Στη φύση υπάρχουν και θετικά και αρνητικά ηλεκτρικά φορτία. γωγοί- Μονωτές γωγοί ονομάζονται τα σώματα που επιτρέπουν στα ηλεκτρικά φορτία να μετακινούνται δια μέσου της μάζας τους. Μονωτές ή διηλεκτρικά ονομάζουμε τα σώματα που δεν επιτρέπουν τη μετακίνηση ηλεκτρικών φορτίων δια μέσου της μάζας τους. Νόμος του Coulomb Δύο σώματα που φέρουν ηλεκτρικά φορτία απωθούνται ή έλκονται αν έχουν ομώνυμα ή ετερώνυμα ηλεκτρικά φορτία αντίστοιχα.
"Η δύναμη που ασκείται μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων έχει μέτρο ανάλογο προς το γινόμενο των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης τους. Η διεύθυνση της δύναμης είναι ευθεία που ενώνει τα δύο φορτία" F: Δύναμη Μονάδα Μέτρησης : Ν q 1, q 2 : Φορτίο Μονάδα Μέτρησης : C r: απόσταση Μονάδα Μέτρησης : m Όπου Κ είναι η σταθερά για το κενό ή τον αέρα Σημείωση: Τα φορτία είναι κατά απόλυτη τιμή σκήσεις 1. Να υπολογίσετε τη δύναμη Coulomb που ασκείται μεταξύ δύο φορτίων Q 1 = 2C και Q 2 =6C αν η απόσταση μεταξύ τους είναι 2m. 2. Να υπολογίσετε τη δύναμη Coulomb που ασκείται μεταξύ δύο φορτίων Q 1 = 10μC και Q 2 =-6μC αν η απόσταση μεταξύ τους είναι 2cm.
Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου Ένταση Ηλεκτρικού πεδίου είναι ένα διανυσματικό μέγεθος που εκφράζει τη δύναμη που ασκείται στη μονάδα του ηλεκτρικού φορτίου σε κάθε σημείο του χώρου ενός ηλεκτρικού πεδίου. Έχει μέτρο ίσο με το πηλίκο της δύναμης F που ασκείται σε ένα φορτίο q που βρίσκεται στο συγκεκριμένο σημείο του πεδίου, δια του αντίστοιχου φορτίου q. Η διεύθυνση και η φορά της έντασης είναι η ίδια με τη διεύθυνση και τη φορά της δύναμης που ασκείται στο θετικό φορτίο q. Ηλεκτρικές Δυναμικές Γραμμές Ηλεκτρική Δυναμική Γραμμή είναι η γραμμή που σε κάθε σημείο της η ένταση Ε του ηλεκτρικού πεδίου είναι εφαπτόμενη. Οι ηλεκτρικές δυναμικές γραμμές ξεκινούν από τα θετικά φορτία και καταλήγουν στα αρνητικά φορτία. Η πυκνότητα τους εκφράζει το μέτρο της έντασης. Επομένως, σε σημεία μεγάλης έντασης ο δυναμικές γραμμές είναι πυκνές, ενώ σε σημεία μικρής έντασης είναι αραιές. Οι ηλεκτρικές δυναμικές γραμμές δεν τέμνονται γιατί από κάθε σημείο περνά μονό μια ένταση (εφαπτομένη ηλεκτρικής δυναμικής γραμμής) Άσκηση Να σχεδιάσετε την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στα σημεία και Β
Ηλεκτρικό Πεδίο Ηλεκτρικό πεδίο ονομάζεται το τμήμα του χώρου μέσα στο οποίο το ηλεκτρικό φορτίο δέχεται δύναμη. Τα ηλεκτρικά πεδία δημιουργούνται γύρω από τα ηλεκτρικά φορτία. ν τα ηλεκτρικά φορτία που δημιουργούν το ηλεκτρικό πεδίο ηρεμούν, το πεδίο ονομάζεται ηλεκτροστατικό ή χρονικά αμετάβλητο πεδίο. ν τα φορτία επιταχύνονται, το πεδίο ονομάζεται χρονικά μεταβαλλόμενο. Είδη Ηλεκτρικών Πεδίων (α) Πεδίο Coulomb (β) Ηλεκτρικό Πεδίο Διπόλου (γ) Ομογενές Ηλεκτρικό Πεδίο Δυναμικό- Διαφορά Δυναμικού (Τάση)
Δυναμικό V ορίζεται το πηλίκο του έργου που παράγεται ή καταναλώνεται από τη δύναμη F όταν μετακινείται ένα φορτίο Q από το συγκεκριμένο σημείο μέχρι το άπειρο δια του φορτίου Q. V= Στον τύπο το φορτίο Q μπορεί να πάρει και θετικές και αρνητικές τιμές. Μονάδα μέτρησης του δυναμικού είναι το Volt. Διαφορά δυναμικού (V A -V B ) ανάμεσα σε δύο σημεία και Β σε ένα ηλεκτρικό πεδίο είναι ίση με το πηλίκο του έργου που παράγεται ή καταναλώνεται από τις δυνάμεις του ηλεκτρικού πεδίου όταν το φορτίο μετατοπίζεται από ένα σημείο στο άλλο δια του φορτίου. Ισοδυναμικές Επιφάνειες Ισοδυναμική επιφάνεια ονομάζουμε κάθε επιφάνεια, όλα τα σημεία της οποίας, έχουν το ίδιο δυναμικό.
σκήσεις 1. Στο διπλανό σχήμα φαίνονται τέσσερα σημειακά φορτία, Β, Γ και Δ. Σύμφωνα με τα δεδομένα του F 1 F 2 Β Γ σχήματος να καθορίσετε το είδος των σημειακών φορτίων, Β και Γ. Γ Δ + F 3 2. Δίδονται δυο φορτία Q 1 =10-6 C και Q 2 = 6.10-6 C τα οποία απέχουν απόσταση r=0,2m. Να υπολογίσετε και να σχεδιάσετε τη δύναμη που δέχεται κάθε φορτίο. Q 1 Q 2 3. Στο διπλανό σχήμα φαίνονται οι δυναμικές γραμμές που προκαλούν δύο ηλεκτρικά φορτία. α) Δείξτε στο σχήμα την φορά της έντασης β) Η ένταση στο είναι μικρότερη ίση ή μεγαλύτερη από την ένταση στο Β. + - + Β Εξηγήστε.
4. α) Στο παρακάτω σχήμα φαίνονται οι ηλεκτρικές δυναμικές γραμμές ενός ηλεκτρικού πεδίου. i) Να σχεδιάσετε την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο σημείο. ii) Να σχεδιάσετε τη δύναμη που θα δεχθεί ένα ηλεκτρόνιο, αν τοποθετηθεί στη θέση Β. iii) Να σχεδιάσετε μια ισοδυναμική επιφάνεια (γραμμή) που να περνά από το. 5. Ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από δύο σημειακά φορτία Q 1 και Q 2 απεικονίζεται γραφικά με τις ηλεκτρικές δυναμικές γραμμές όπως φαίνεται στο σχήμα. i. Να καθορίσετε το είδος των φορτίων Q 1, Q 2 και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Q 1 Q 2 ii. Na σχεδιάσετε το διάνυσμα της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στο σημείο και να δικαιολογήσετε την A απάντησή σας.