17. Elektrostatické pole Číslo a název projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0619 OP: Vzdělávání pro konkurenceschopnost Zvyšování vzdělanosti pomocí e-prostoru Název a adresa školy Soukromá střední škola a jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Č. Budějovice, s.r.o., Jeronýmova 28/22, České Budějovice Kód materiálu Klíčová aktivita III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název materiálu 17. Elektrostatické pole Autor Mgr. Miroslav Dušek Tematická oblast Fyzika -Elektrostatika Anotace Vzdělávací materiál je určen pro Obchodní akademii a Ekonomické lyceum . Materiál obsahuje výklad k problematice elektrostatického pole a Coulombova zákona. Ročník 2.ročník Obchodní akademie, Ekonomické lyceum Datum tvorby září -říjen 2013 Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora

ELEKTROSTATICKÉ POLE

William Gilbert (1544 – 1603) Charles Coulomb (1736 – 1806) Anglický lékař, první prozkoumal elektrické síly V roce 1600 vydal první vědecké dílo o elektřině a magnetismu a zavedl název elektřina Charles Coulomb (1736 – 1806) Francouzský vojenský inženýr a experimentátor, první experimentálně ověřil zákon síly mezi nabitými tělesy K tomu účelu sestrojil přístroj – tzv. TORZNÍ VÁHY Princip – dvě souhlasně nabité kuličky, zavěšené na tenkém drátku, se odpuzovaly a zkrucovaly drátek (zkrut = torze). Je-li drátek tenký, ke zkrutu stačí malá síla – nejcitlivější přístroj v mechanice ! [1]

Coulombův zákon připomíná Newtonův zákon gravitační Působí pouze mezi elektricky nabitými tělesy Síla je nejen přitažlivá ale i odpudivá Zákon zachování elektrického náboje : Náboj nemůže být ani vytvořen, ani zničen, celkový elektrický náboj v izolovaném prostoru zůstává stále týž. Elektrický náboj nemůže mít libovolnou velikost : elementární náboj : 1e = 1,602.10-9 C Každý jiný náboj je násobkem elementárního.

ELEKTRICKÉ POLE Elektrické náboje vytváří v okolním prostoru silové pole, které působí na ostatní náboje Intenzita pole E – vektor působení v každém bodě pole

Typy elektrických polí Radiální bodové Souhlasně nabité - heterogenní Nesouhlasně nabité - homogenní Nesouhlasně nabité - heterogenní [2]

Siločáry elektrického pole Myšlené čáry, které znázorňují silové působení, polaritu a intenzitu el.pole Vycházejí vždy z kladných nábojů a vstupují do záporných Přemísťováním náboje v el.poli proti elektrickým silám konáme práci – náboj získá potenciální energii Ep Elektrický potenciál – Elektrické napětí - rozdíl potenciálů mezi dvěma body el.pole

Elektrické napětí U – elektrické napětí - je rovno práci, kterou vykoná elektrické pole, když přenese jednotkový kladný elektrický náboj z místa o vyšším potenciálu do místa o nižším potenciálu. Jednotka – 1V ( Volt) kde V= J/C

Látky v homogenním elektrostatickém poli

Vodiče v homogenním elektrostatickém poli Do homogenního elst.pole můžeme vkládat dva typy látek - vodiče a izolanty: vodiče – el.náboj se rozloží po povrchu a vyruší el.pole uvnitř vodiče = stínící účinek vodiče Využití: Faradayova klec (obklopení prostoru kovovou sítí) – el.pole uvnitř sítě bude nulové – např. karosérie automobilu apod.

Elektrostatická indukce [3]

Van de Graaffův generátor Přístroj na generování el.napětí Princip: nabíjením dutého kovového vodiče zevnitř – přesun nábojů na povrch vodiče Lze nabít od několika kilovoltů až po miliony voltů Všechny body na povrchu mají stejný potenciál na výstupcích a hrotech – hromadění náboje – sršení, elektrické výboje Hrot může také svést náboj do země (bleskosvod) [4]

Izolanty v homogenním elektrostatickém poli dielektrika ( izolanty) – náboje se nemohou volně pohybovat – molekuly jsou polarizovány Molekuly tvoří elektrické dipóly (Kladné náboje soustředěny na jednom konci a záporné na druhém) Dipóly se v el.poli natáčejí ve směru siločar Dipóly oslabují vliv elektrických nábojů na elektrodách (zvyšují kapacitu kondenzátorů) V nehomogenním poli – dipóly vtahovány do oblasti vyšší intenzity (hustějších siločar)

Polarizace dielektrika [5]

DOC.ING.IVAN ŠTOLL,CSC. - Fyzika (pro netechnické obory SOŠ a SOU) Použité zdroje: SVOBODA, Emanuel aj. Přehled středoškolské fyziky. 4. upravené vydání. Praha: Prometheus, 2006. 515 s. ISBN 80-7196-307-0. DOC.ING.IVAN ŠTOLL,CSC. - Fyzika (pro netechnické obory SOŠ a SOU) Prometheus 2007, 260 s. ISBN 978-80-7196-223-6 učebnice s doložkou MŠMT čj.1 527/07-23 ze dne 2.4.2007 AKADEMIK VLADIMÍR HAJKO, PROF.RNDR.JURAJ DANIEL-SZABO, CSC. - Základy fyziky VEDA 1983 (Bratislava) Použité obrázky: [1] William Gilbert, Charles Coulomb - [online]. 3. 9.2013 [cit. 3. 9. 2013]. Dostupný na http://commons.wikimedia.org/wiki/File:William_Gilbert.jpg,, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/59/Charles_de_coulomb.jpg/250px-Charles_de_coulomb.jpg [2] Tipy elektrostatických polí - [online]. 3. 9.2013 [cit. 3. 9. 2013] . Dostupný na http://lucy.troja.mff.cuni.cz/~tichy/elektross/el_pole/el_pole.html [3] Elst. indukce[online]. 21.8. 2006. [cit. 20. 9. 2013]. Dostupný na http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/79/Indukce_elektrostaticka1.svg/368px-Indukce_elektrostaticka1,.svg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/79/Indukce_elektrostaticka2.svg [4] van deGraafův generátor[online]. 21.8. 2005. [cit. 20. 9. 2013]. Dostupný na http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/82/Van_de_graaff_generator_sm.jpg [5] Vojtěch Ullmann – Polarizace dielektrika - [online]. 1.9.2013. [cit. 1. 9. 2013]. Dostupný na http://astronuklfyzika.cz/PolarizaceDielektrika.gif