Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace."— Transkript prezentace:

1 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ F12 - ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE II SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA Mgr. Alexandra Bouchalová

2 ELEKTRICKÝ NÁBOJ A ELEKTRICKÉ POLE II Elektrické pole nabitého vodivého tělesa ve vakuu Rozložení náboje na vodiči Vodič a izolant v elektrickém poli Kapacita vodiče Kondenzátor Technické kondenzátory Spojování kondenzátorů Energie kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 2

3 Rozložení náboje na vodiči Náboj přivedený na izolované vodivé těleso se rozloží pouze na vnějším povrchu tělesa. Na tělesu tvaru koule - rovnoměrně. Na nepravidelném tělese - nerovnoměrně. Elektrický náboj a elektrické pole II 3

4 Rozložení náboje na vodiči Elektrický vodič je látka, která vede elektrický proud. Elektrický vodič musí obsahovat volné částice s elektrickým nábojem. (nejčastěji elektrony, příp. kladné nebo záporné ionty.) Elektrický náboj a elektrické pole II 4

5 Vodič Podle mechanismu vedení elektrického proudu dělíme vodiče na dvě skupiny: a) vodiče 1. řádu (kovy a uhlík ve formě grafitu) el. proud přenáší volné elektrony vodiče se při průchodu el. proudu chemicky nemění Elektrický náboj a elektrické pole II 5

6 Vodič Elektrický náboj a elektrické pole II 6 atom uhlíku volný elektron Struktura grafitu – model pohybu volných elektronů v mřížce Mezi kladnými ionty se chaoticky pohybují volné elektrony = = elektronový plyn.

7 Rozložení náboje na vodiči b) vodiče 2. řádu (roztoky a taveniny = elektrolyty) proud přenášejí el. nabité částice zvané ionty jejich pohybem dochází k přenosu hmoty a chemickým změnám ionty jsou proti elektronům větší, jejich pohyblivost je menší, takže i vodivost je nižší Elektrický náboj a elektrické pole II 7

8 Rozložení náboje na vodiči Vodivé těleso je tvořeno pevně vázanými kladnými ionty a elektronovým plynem. Elektrický náboj a elektrické pole II 8

9 Rozložení náboje na vodiči Jak můžeme nabít vodivé těleso? Elektrický náboj a elektrické pole II 9 Těleso přijme další elektrony, které působí na elektrony ve svém okolí odpudivými silami. Těleso získá nadbytečné elektrony a je tedy nabito záporně.

10 Rozložení náboje na vodiči Všechny nadbytečné elektrony se rovnoměrně rozloží na povrchu tělesa. Elektrický náboj a elektrické pole II 10 Uvnitř tělesa opět nastala rovnováha nábojů.

11 PŘÍKLAD Načrtněte a popište způsob, jakým nabijete vodivé těleso kladně. Elektrický náboj a elektrické pole II 11 Stejně jako u záporně nabitého tělesa se i v tomto případě veškerý náboj rozmístí na jeho povrchu. Uvnitř vodiče jsou kladné a záporné náboje vyrovnány.

12 Rozložení náboje na vodiči Zavádíme pojem plošná hustota náboje. Definujeme ji jako podíl velikosti náboje a plochy, jíž náboj přísluší. Elektrický náboj a elektrické pole II 12

13 Rozložení náboje na vodiči Elektrický náboj a elektrické pole II 13 Na povrchu koule se náboj rozmístí rovnoměrně.

14 Rozložení náboje na vodiči Elektrický náboj a elektrické pole II 14 Na povrchu nepravidelných těles je největší hustota náboje na ostrých hranách, nejmenší v dutinách.

15 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II 15 V homogenním poli je elektrická intenzita ve všech místech pole stejná. + -

16 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II 16 Do homogenního elektrického pole vložíme vodič. + - E

17 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II Vnější elektrické pole působí na volné elektrony. V části vodiče, která je blíže kladně nabité desce se hromadí záporný náboj.

18 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II E Uvnitř vodiče vzniká elektrostatické pole s intenzitou E i, která má vůči intenzitě vnějšího elektrického pole opačný směr. EiEi

19 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II E Tomuto jevu říkáme elektrostatická indukce. EiEi

20 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II E Elektrony se pohybují tak dlouho, dokud se působení vnějšího a vnitřního pole nevyruší. EiEi Vnitřní elektrostatické pole nazýváme pole indukované.

21 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II Uvnitř vodiče bude intenzita elektrického pole nulová.

22 Vodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II Náboje indukované ve vodiči lze od sebe oddělit rozdělením vodiče na dvě části. - +

23 Izolant v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II 23 Dielektrikum = izolant nemá volné elektrony V elektrickém poli dochází k jeho polarizaci. Atomová polarizace Molekuly některých nevodičů mají dipólový charakter, jsou však uspořádány náhodně, takže se jejich elektrické vlastnosti navenek neprojevují.

24 Nevodič – dielektrikum v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II 24 V elektrickém poli dochází k jeho polarizaci. Orientační polarizace + - Působením vnějšího elektrického pole se mohou molekuly částečně natáčet – vznikají elektrické dipóly.

25 Nevodič – dielektrikum v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II 25 V místech, kde siločáry elektrického pole do dielektrika vstupují, vzniká tenká vrstva záporných nábojů. Orientační polarizace + -

26 Izolant v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II 26 V místech, kde siločáry elektrického pole z dielektrika vystupují, vzniká tenká vrstva kladných nábojů. Orientační polarizace + -

27 Dielektrikum v elektrickém poli Indukované náboje jsou vázány na dipóly. Elektrický náboj a elektrické pole II 27 Nelze je z dielektrika odvést ani oddělit rozdělením dielektrika. Výsledná intenzita E má směr intenzity vnějšího pole, které polarizaci vyvolalo, ale je menší. Shrnutí

28 Dielektrikum v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II Přítomnost dielektrika v elektrickém poli vždy zmenšuje původní intenzitu pole. 0 < E P < E =  r EPEP E Poměr původní intenzity (ve vakuu) a intenzity uvnitř nevodiče udává relativní permitivitu dané látky.

29 Nevodič v elektrickém poli Elektrický náboj a elektrické pole II 29 Uspořádáním molekul vzniká uvnitř izolantu elektrické pole opačně orientované, než pole vnější. + - E EiEi Velikost intenzity vnitřního elektrického pole vzniklého polarizací závisí na intenzitě vnějšího pole. EvEv E v = E - E i

30 Nabité vodivé těleso v dielektriku Vložíme-li nabité vodivé těleso do dielektrického prostředí, vzniknou okolo něj vázané náboje opačného znaménka. Elektrický náboj a elektrické pole II 30 Intenzita pole okolo tělesa se zmenší  r -krát v porovnání s polem téhož tělesa ve vakuu. Shrnutí

31 Elektrické pole nabitého vodivého tělesa Elektrický náboj a elektrické pole II 31 ve vakuu E Q

32 Elektrické pole nabitého vodivého tělesa Elektrický náboj a elektrické pole II 32 v dielektriku E Q E ´ = E rr rr

33 Kondenzátor Elektrický náboj a elektrické pole II 33 Dvě rovnoběžné rovinné desky, mezi nimiž je vakuum nebo izolant (dielektrikum).

34 Kapacita kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 34 Připojíme-li desky kondenzátoru ke svorkám zdroje elektrického napětí, vzniknou na nich stejně velké opačné náboje. + - Mezi deskami vznikne homogenní elektrické pole o intenzitě: E = U d E U d

35 Kapacita kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 35 Intenzita závisí také na plošné hustotě náboje na deskách. + - E S

36 Kapacita kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 36 Z porovnání předchozích vztahů vyplývá: + - E S Q ≈ ·U S d

37 Kapacita kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 37 Z porovnání předchozích vztahů vyplývá: Q ≈ ·U S d Q = ·U  0 S d pro vakuum Q = ·U  0  r S d pro dielektrikum

38 Kapacita kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 38 Veličina  0 S d  0  r S d respektive závisí pouze na vlastnostech daného kondenzátoru a nazývá se kapacita kondenzátoru C. C =  0 S d (pro vakuum) C =  0  r S d (pro dielektrikum)

39 PŘÍKLAD Př. 1 Jaký efekt bude mít vložení dielektrika mezi desky kondenzátoru? Svoji odpověď zdůvodni. Elektrický náboj a elektrické pole II 39 Př. 2 Vyjádři kapacitu v závislosti na velikosti napětí a náboje na deskách kondenzátoru. Př. 3 Odvoď jednotku kapacity, vyhledej její název a vyjádři v základních jednotkách SI.

40 ŘEŠENÍ Př. 1 Jelikož je vždy  r > 1, má vložení dielektrika mezi desky kondenzátoru za následek vždy zvýšení jeho kapacity. Elektrický náboj a elektrické pole II 40 Př. 2 Př. 3 Q = C·U C = Q U = 1 m -2 kg -1 s 4 A 2 = 1 F 1 C 1 V

41 Technické kondenzátory Elektrický náboj a elektrické pole II 41 Kondenzátor Je pasivní elektrotechnická akumulační součástka. Používá se v elektrických obvodech: o k dočasnému uchování elektrického náboje, o uchování potenciální elektrické energie.

42 Technické kondenzátory Elektrický náboj a elektrické pole II 42 Obr. 1 – vzduchový otočný 1 Obr. 2 – elektrolytický 2

43 Ukázky kondenzátorů Elektrický náboj a elektrické pole II 43 Obr. 3 – ladicí kondenzátor 3

44 Ukázky kondenzátorů Elektrický náboj a elektrické pole II 44 Ukázka poněkud většího olejového kondenzátoru 100 μF na napětí V. Kondenzátor má hmotnost 60 kg a olejovou náplň o objemu 13 l. Obr. 4 – olejový kondenzátor 4

45 Kondenzátor v elektrickém obvodu Elektrický náboj a elektrické pole II 45 Schematická značka Kondenzátor s konstantní kapacitou Kondenzátor s proměnnou kapacitou (většinou otočný vzduchový kondenzátor)

46 Spojování kondenzátorů Elektrický náboj a elektrické pole II 46 paralelní – vedle sebe C1C1 C2C2 C = C 1 + C 2 - Q 1 - Q 2 +Q 2 +Q 1 C C Na vodivě spojené desky musíme přivést celkový náboj Q. Q = Q 1 + Q 2 Q = UC 1 + UC 2 Q = U(C 1 + C 2 ) – + U

47 Spojování kondenzátorů Elektrický náboj a elektrické pole II 47 seriové – za sebou – + C1C1 C2C2 - Q +Q C C Napětí U zdroje se rozdělí na oba kondenzátory. U = U 1 + U 2 U U1U1 U2U2 C C 1 C 2 = C 1 C 2 = + Q Q U

48 PŘÍKLAD Elektrický náboj a elektrické pole II 48 Pomocí appletu si vyzkoušejte různá propojení kondenzátorů. Výpočtem ověř výslednou kapacitu uvedenou jako Capacity of network. Proveď pro seriové, paralelní i kombinované spojení kondenzátorů. Hodnoty kapacit jednotlivých kondezátorů si vhodně nastav. odkaz na internetový applet 1

49 Energie kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 49 + – – + U UCUC nabití kondenzátoru ze zdroje Pozoruj animaci a vysvětli princip nabíjení kondenzátoru. Jakým způsobem zajistím zvětšení náboje na deskách?

50 Energie kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 50 + – UCUC vybití kondenzátoru přes žárovku U Q 0 UCUC QCQC Během vybíjení se napětí na kondenzátoru postupně zmenšuje úměrně se zmenšováním náboje na deskách.

51 Energie kondenzátoru Elektrický náboj a elektrické pole II 51 Náboj je tedy přenášen při průměrném napětí 0,5 U. U Q 0 UCUC QCQC Celková elektrická práce při vybití kondenzátoru W je rovna počáteční energii E e elektrického pole kondenzátoru. 2 = 1 W = E e EeEe UQ

52 Použitá literatura Literatura LEPIL, O. Elektřina a magnetismus, fyzika pro gymnázia. Praha: Prometheus, ISBN TKOTZ,K. Příručka pro elektrotechnika. Praha: Europa-Sobotáles, ISBN HALLIDAY,D. Fyzika. Elektřina a magnetismus. Brno: VUTIUM, ISBN Internetové odkazy [1] – LON-CAPA K-12 [online]. ©2010 [cit ]. Dostupné z: Elektrický náboj a elektrické pole I

53 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/ s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“ SOUBOR PREZENTACÍ FYZIKA PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA


Stáhnout ppt "Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky. Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o Tato prezentace."

Podobné prezentace


Reklamy Google