Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013 Axa prioritară nr. 1 Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere Domeniul major de intervenţie 1.2 Calitateînînvăţământulsuperior Numărulde identificareal contractului:posdru/156/1.2/g/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din Bucureşti Titlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale MODUL DE INSTRUIRE: Fizica Curs: 8 Grupele: F1, F2, F3, F4, F6, F7, F10 Formatori: 1 TIRIBA Gabriela Cristiana, GYŐRGY Romuald, CREANGĂ Ileana, NICOARA Adrian-Ionuţ
Noțiuni de electrostatică 8. Electrostatica electrostatica studiază fenomenele electrice produse de sarcini electrice imobile în raport cu un sistem inerțial de referință. Aceste fenomene pot fi evidențiate experimental prin apariția unor forțe și momente determinate de interacțiunile electrice specifice. Starea de electrizare (de încărcare electrică) apare în urma încărcării corpurilor cu sarcini electrice (pozitive și negative). Starea de electrizare se poate transmite de la un corp electrizat la un corp neelectrizat prin contact, sau prin influență Starea de polarizare electrică. constă, în obținerea unei asimetrii în distribuția sarcinilor electrice pozitive și negative ale corpurilor 2
Electrizarea corpurilor poate fi realizată prin: - frecare, sau prin contact - iradiere cu radiații de lungimi de undă convenabile - încălzire - comprimarea si întinderea cristalelor, Substanțele rău conductoare de electricitate, izolanți sau dielectrici, Ex: sticla, ebonita, chihlimbarul, rășinile, majoritatea polimerilor sintetici, parafina Substanțele bune conductoare de electricitate sau conductori sunt substanțele prin care sarcina electrică se poate deplasa Ex: conductori de specia întâi metale, conductori de specia a doua soluțiile de săruri, de acizi sau de baze, sărurile topite
Sarcina electrică Q, [Q]=C sarcină elementară este sarcina electrică a unui electron sarcina minimă pe care o poate avea un corp electrizat cuantă de electricitate e = -1,6 10-19 C Un corp este încărcat negativ când conține un surplus de electroni, Un corp este încărcat pozitiv când îi lipsesc electronii Sarcina electrică (q, Q) este o mărime primitivă care măsoară starea de încărcare electrică a corpurilor și caracterizează proprietatea corpurilor de a crea un câmp electric ori de ar fi acționate atunci când sunt introduse în câmpul electric al altor corpuri.
Densitatea de sarcină electrică λ = dq/dl Densitate liniară de sarcină electrică dq este sarcina purtată de arcul de curbă cu lungimea dl Densitate superficială de sarcină electrică dq este sarcina elementului de suprafață cu aria Densitatea volumică de sarcină electrică dq fiind sarcina electrică a elementului de volum dv σ = dq/ds ρ = dq/dv Densitățile de sarcină λ, σ, ρ sunt numeric egale cu sarcina existentă în unitatea de lungime, suprafață și volum, fiind în cazul general, funcții de timp și de punct
Legea lui Coulomb F=K Qq/r 2 K=1/4πε 0 ε r ε 0 = 8,854 10-12 F/m unde ε reprezintă permitivitatea absolută a mediului respectiv și este o constantă de material care caracterizează mediul din punct de vedere electric ε r permitivitatea relativă a mediului ε permitivitatea absolută 6
Intensitatea câmpului electric Câmpul electric reprezintă o formă de existență a materiei prin care se realizează transmiterea interacțiunii dintre corpurile care au sarcini electrice. Câmpurile electrice pot fi create atât în regiuni ale spațiului ocupate cu substanțe, cât și în lipsa acestora, adică în vid. Intensitatea câmpului electric este o mărime vectorială, funcție de punct, ce caracterizează local câmpul electric prin interacțiuniile pe care le produce liniile de câmp sunt curbele tangente în fiecare punct la direcția locală a vectorului Sensul acestora este astfel încât fiecare linie pleacă de la o sarcină pozitivă spre una negativă
Inducția electrică Inducția electrică D este o mărime electrică vectorială, care caracterizează câmpul electric funcție de sarcina electrică ce produce câmpul. unde ε este permitivitatea electrică a vidului iar E este intensitatea câmpului electric în vid Fluxul electric
Potențialul câmpului electric Potențialul câmpului electric este o mărime scalară care se definește cu ajutorul lucrului mecanic al forțelor electrice tensiunea electrică U între două puncte A și B este este egală cu diferența de potențial dintre cele două puncte.
Momentul electric Momentul electric este o mărime vectorială care măsoară starea de polarizare a corpurilor. Dipolul electric Un ansamblu de două sarcini electrice punctiforme +q și semne opuse) situate la o distanță l fixă. sistem neutru de sarcini p este numit momentul electric dipolar Polarizarea prezintă două componente pentru momentele electrice p p permanentă, întâlnită numai la anumite substanțe (egale dar de p t temporară, care apare numai când acestea se găsesc într-un câmp electric. p q r p d q 2 1 r r q
Substanțele nepolare cu (p= 0), sunt substanțele în care centrul sarcinilor pozitive coincide cu centrul sarcinilor negative și moleculele nu au moment electric, cum sunt moleculele cu structură simetrică. Ex: metanul, tetraclorura de carbon sau benzenul Polarizarea dielectrică Introduse într-un câmp electric, moleculele nepolare se deformează, sarcinile electrice pozitive și cele negative se deplasează în sensuri opuse, fiecare căpătând un moment electric cu atât mai mare cu cât intensitatea câmpului electric este mai mare Substanțele polare cu ( ), sunt substanțele în care centrul sarcinilor pozitive este diferit de centrul sarcinilor negative, iar moleculele polare se comportă ca mici dipoli, fiecare având un moment electric ne-nul; Ex: clorura de metil, fenolul, nitro-benzenul etc Substanțele polare în afara câmpului electric nu sunt polarizate, deoarece din cauza agitației termice, vectorii moment electric ai moleculelor sunt orientați haotic, astfel încât rezultanta acestora este nulă
Legi fundamentale ale regimului electrostatic Legi generale Legea conservării sarcinii electrice: sarcina electrică totală a unui sistem izolat de corpuri rămâne constantă în timp. Legea lui Gauss: fluxul electric total printr-o suprafață închisă S, este egal cu raportul dintre sarcina electrică Q conţinută în volumul mărginit de suprafaţa S şi permitivitatea vidului în care se află sarcina Q Legi de material Legea dependenței polarizației electrice de câmpul electric Pentru mediile liniare, omogene și izotrope, dependența este de forma e susceptivitate electrică
În funcție de valorile și, substanțele se pot clasifica astfel : 1.Diaelectrice ( în absența c.e exterior, e < 0) ex. metan, azot, etc. ; 2. Paraelectrice ( în absența c.e exterior, e > 0 ) ex. apa, amoniac, alcool etilic etc. ; 3. Feroelectrice (, e > 0 ) ex. titanat de bariu Legea dependenței inducției electrice de intensitatea câmpului electric
Energia electrostatică este localizată în fiecare punct al câmpului electrostatic și densitatea sa volumică este În SI unitatea de măsură este
Condensatoare de energie electrică Sistemul format din două conductoare omogene, în echilibru electrostatic, între care există o diferență de potențial (V1 V2) astfel încât liniile câmpului electric, care pleacă de pe un conductor să ajungă pe celălalt conductor armăturile condensatorului sunt încărcate cu sarcini electrice egale și de semn opus C este capacitatea electrica Capacitatea unui condensator depinde de forma, dimensiunile și poziția relativă a armăturilor, precum și de permitivitatea mediului dintre armături, fiind independentă de natura armăturilor
Condensatorul plan condensatorul sferic Gruparea condensatorilor serie paralel