Elektrostatika Dr Željka Tomić 23.12.2015 1
Elektrostatika KRZNO Ebonit Šipka Svila - - - - - - - +++++++ staklo
Elektron Proton eutron 3 Naelektrisanje elektrona elementarno nalektrisanje e = 1,6022 10-19 C
4
Zakon održanja količine naelektrisanja Za vreme bilo kakvog procesa, količina naelektrisanja izolovanog sistema ostaje konstantna (održava se). Elementarna naelektrisanja se ne mogu uništiti ( ili stvoriti) nezavisno i sama od sebe, već, uslovno rečeno, stvaranje ( nestajanje ) jednog pozitivnog uvek prati nestajanje ( stvaranje ) i jednog negativnog naelektrisanja. Ne postoji stvaranje naelektrisanja, već se ono samo prenosi između tela. * * Izuzetak su procesi interakcije elektromagnetnog zračenja sa materijom, tzv. par-efekat (stvaranje parova naelektrisanih čestica elektrona i pozitrona). 5
Naelektrisavanje tela Naelektrisavanje tela se vrši na razne načine (trljanjem - trenjem, dodirom sa naelektrisanim telom, zagrevanjem, zračenjem, indukcijom ), čime se narušava odnos između protona i elektrona u telu. Naelektrisavanja provodnih tela dodirom. a) približavanje naelektrisanog tela b) kontakt narušavanje ravnotežne količine pozitivnog i negativnog naelektrisanja na telu (prelazak elektrona na provodno telo) c) udaljavanje naelektrisanog tela i pravilno raspoređivanje naelektrisanja po površini provodnog tela Provodnici - vrsta materijala u kojima i na sobnoj temperaturi postoj i veliki broj slobodnih nosilaca naelektrisanja Metali - nosioci nael.ektrisanja > elektroni Elektroliti 6 -rastvori kiselina baza i soli > joni, pozitivni i negativni Nenaelektrisano provodno telo Tvrda guma pre kontakta kontakt Posle kontakta
Naelektrisavanje tela Naelektrisavanja provodnih tela indukcijom a) nenaelektrisano telo b) približavanje naelektrisanog tela c) uzemljavanje metalne sfere (spajanje sa Zemljom putem provodnika) deo elektrona odlazi u Zemlju (ponaša se kao ogroman rezervoar, odvod za naelektrisanja) d) prekid uzemljenja e) udaljavanje naelektrisanog tela 7
8
topliji objekat toplota Hladniji objekat Negativno naelektrisan objekat Pozitivno naelektrisan objekat 9
10
11
12
13
14 q
15 E=F/q o =[N/C ] =[V/m]
16
Linija sile električnog polja je usmerena linija čija tangenta u svakoj tački ima pravac vektora jačine polja E u toj tački. Duž takve linije kretalo bi se probno naelektrisanje +q 0 kada se stavi u neku tačku polja (bez početne brzine). Linije sila el.polja imaju smer od + q ka q. Polje E je radijalno za tačkasto +q 17
Linija sile električnog polja u vakuumu Električno polje je vektorsko polje prikazuje se linijama sila u prostoru oko naelektrisanja od kojeg to polje potiče. Radi slikovitijeg prikazivanja električnog polja uveden je pojam linija električnih polja. Linija električnog polja: smer pokazuje smer vektora jačine polja; u svakoj tački linije, tangenta linije se poklapa sa pravcem vektora jačine polja; počinju od pozitivnog naelektrisanja ili u beskonačnosti a završavaju se na negativnom naelektrisanju ili u beskonačnosti, broj linija polja zavisi od jačine električnog polja; za homogone polje linije su paralelne i na jednakom rastojanju. 18
19
20 Vektori polja u okolini naelektrisanog tela
21 HOMOGENO Električno polje postoji između dve ravne metalne ploče, čije su dužina i širina znatno veće od njihovog rastojanja Linije homogenog polja su paralelene, gustina im je svuda ista kao i rastojanje.
22
Elektrostatičko polje (linije sa strelicama) obližnjeg pozitivnog naelektrisanja (+) čini da se pokretna naelektrisanja u provodnim telima razdvoje zbog elektrostatičke indukcije. Negativna naelektrisanja (plavo) se privlače i pomeraju na površinu tela okrenutu ka spoljnom naelektrisanju. Pozitivna naelektrisanja(crveno) se odbijaju i pomeraju na suprotno orijentisanu površinu tela. Ova indukovana površinska naelektrisanja su tačnog oblika i veličine tako da njima suprotno električno polje poništava električno polje spoljnog naelektrisanja kroz unutrašnjost metala. Sledi da je elektrostatičko polje bilo gde unutar provodnog materijala jednako nuli, i elektrostatički 23 potencijal je konstantan.
Faraday-ev kavez E=0 Ako provodnik ima u sebi šupljinu, cela unutrašnja površina provodnika nalazi se na istom potencijalu, u unutrašnjosti provodnika polje, E= 0. Praktična primena Zaštitita odabranog prostor od elektrostatskog polja. metalne rešetke ili mreže, koja se naziva Faraday-ev kavez. Raspodela naelektrisanja u provodnom telu je takva da se naelektrisanje raspoređuje po površini tela. Površinska gustina naelektrisanja σ i intenzitet vektora električnog polja je veći što je manji radijus zakrivljenosti provodnika. Na naelektrisanom telu naelektrisanje će se najviše koncentrisati na šiljcima, gde je intenzitet vektora električnog polja (E) biti najveći. 24 Raspodela naelektrisanja na jako zakrivljenom provodnom telu
25 [E]=[F/q o ]=N/C= Nm/Cm=J/Cm =V/m, V=J/C
E p ili W e =W e 26
27 Zavisnost električnog polja i električnog potencijala od rastojanja
Viši potencijal Niži potencijal +q +q 0 28 ra A rb F B
X1 X2 X2 x1 29
Kako je intenzitet električnog polja tačkastog naelektrisanja, u tački na rastojanju r od centra naelektrisanja (3.3) 30
31
32
33
34