1 1 ФИЗИКА, час број 11 Понедељак, 26. децембар, 2011 Електричне и магнетне појаве 2 Електростатика • античка грчка, 500 п.н.е. – ћилибар привлачи комаде сламе када се протрља • трење ђонова обуће о вунени тепих • сушење веша у машинама • кесе у продавници • балони када се протрљају лепе се за зид • у свим појавама имамо посла са статичким електрицитетом – наелектрисањима – објашњење: у супстанци постоје наелектрисања – постоје два типа – позитивно (стакло када се протрља свиленом тканином) и негативно (свилена тканина након трљања о стакло) – истоимена се одбијају а разноимена привлаче – сила између њих опада са растојањем 3 Наелектрисања, електрони, протони Износи масе и нелектрисања електрона су били непознати све до краја 19 века. n p e p p e m m m m q q ≈ = = 1836 | | | | C e q kg m e e 19 31 10 6 . 1 10 1 . 9 − − × = = × = Неутрони нису наелектрисани 1C 1C ( Coulomb Coulomb=Кулон Кулон) = = 6.25 x 10 6.25 x 10 18 18 електрона електрона!!! !!!.
25
Embed
ФИЗИКА часброј 11 - Dobrodošlitesla.pmf.ni.ac.rs/people/nesiclj/predavanja/biologija/2011/fizika-11... · Microsoft PowerPoint - fizika-11 elektromagnetizam2011 Author:
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
1
ФИЗИКА, час број 11Понедељак, 26. децембар, 2011
Електричне и магнетне појаве
2
Електростатика• античка грчка, 500 п.н.е. – ћилибар
привлачи комаде сламе када сепротрља
• трење ђонова обуће о вунени тепих• сушење веша у машинама• кесе у продавници• балони када се протрљају лепе се за
зид• у свим појавама имамо посла са
статичким електрицитетом –наелектрисањима
– објашњење: у супстанци постојенаелектрисања
– постоје два типа – позитивно (стаклокада се протрља свиленом тканином) инегативно (свилена тканина наконтрљања о стакло)
– истоимена се одбијају а разноименапривлаче
– сила између њих опада са растојањем
3
Наелектрисања, електрони, протониИзноси масе и нелектрисања електрона су билинепознати све до краја 19 века.
np
ep
pe
mm
mm
qq
≈
=
=
1836
||||
Ceq
kgm
e
e19
31
106.1
101.9−
−
×==
×=
Неутрони нису наелектрисани
1C 1C ((CoulombCoulomb==КулонКулон))= = 6.25 x 106.25 x 101818 електронаелектрона!!!!!!..
2
4
Раздвајање наелектрисања у атомима
• Атом је неутралан• Раздвајање наелектрисања – трењем• у батеријама услед хемијских процеса• битно је да се не креирају ни уништавају већсамо одвајају – закон одржања: укупнаколичина наелектрисања је константна
• да ли овај закон важи увек?
5
У акцелераторима
• креирањеелектронско-позитронског пара
• и обрнуто• али и у тим
процесима сеодржаванелектрисање!
6
Проводници и изолатори• проводник – има слободне носиоце електрицитета
који могу да се крећу кроз њега• изолатор – нема слободне носиоце ....• полупроводник – има али не толико колико има
проводник• суперпроводник – проводи наелектрисања без
губитака• проводници – метали – проводници прве врсте• проводници – електролити и гасови – проводници
Привлачна (код разноименихнаелектрисања) или одбојна(истоимена наелектрисања)
Један тип масе (m): позитивнамаса!!!
Два типа нелектрисања (q): позитивно и негативно
Гравитациона силаЕлектростатичка(Кулонова) сила
229
221
/1099.8 CmNkrqqkF
⋅×=
=
2211
221
/1067.6 kgmNGrmmGF
⋅×=
=
−
12
Кулонова сила и гравитација
• али Кулонова је и привлачна и одбојна а гравитацијасамо привлачна – на великој скали је доминантнаипак гравитација
• водоников атом – растојање честица0,530x10-10m
5
13
Електрично поље
• тела не морају да буду у контакту да биинтераговала
• интерагују путем поља• поље Кулонове силе?• тело наелектрисања Q делује на друго телонаелектрисања q на растојању r од њега.
14
Електрично поље
• Јачина електричног поља је дефинисана преко односа силеи позитивног пробног наелектрисања на које делује
15
ЛинијеЛиније електричногелектричног пољапољаЛинијеЛиније електричногелектричног пољапоља ::a. Смер је у смеру E у свакој тачки. E је тангента на линију.b. Почињу од (+) или бесконачности и имају крај у (-) или бесконачностиc. Број линија је пропорционалан јачини електричног пољаd. За хомогено поље, линије су паралелне и на једнаким растојањимаe. Линије електричног поља се не секу. то значи да једнозначно
дефинишу електрично поље
6
16
Линије поља су• Усмерене радијално однаелектрисање
• Централно симетричне у односу нанаелектрисање
• Растојање суседних линија расте саповећањем растојања однаелектрисања (поље постајеслабије)
Eлектрично поље два позитивнатачкаста наелектрисања
+
+
18
Eлектрично поље једног позитивног и једногнегативног тачкастог наелектрисања
+
-
7
19
Проводници и електрично поље устању статичке равнотеже
• проводници имају слободна наелектрисања• ако се у неком делу појаве у вишку или се пакпроводник нађе у спољашњем електричномпољу она се прерасподеле тако да токомпензују – успоставља се електростатичкаравнотежа.
20
21
8
22
• Проводник у електростатичкој равнотежи имаследеће особине– Електрично поље је једнако нули унутар њега– Линије електричног поља ван проводника су нормалне уодносу на његову површину, почињу и завршавају се нанаелектрисањима на површини проводника
– наелектрисања било које врсте, ако су у вишку упроводнику, распоређују се равномерно по његовојповршини.
23
Електрично поље за велику “+”равномерно наелектрисану плочу
Линије поља су• праве• Под правим углом усмерене према споља• Простор између суседних је константан (поље је константно тј. униформно)
+ + +
+ + + + + + + + ++ ++
24
Електрично поље велике “-”равномерно наелектрисане плоче
-- -
- - -- - -- - -- --
9
25
Електрично поље пара паралелнихсупротно наелектрисаних плоча
+ + +
+ + + + + + + + ++ ++
-- -
- - -- - -- - -- --
+ + +
+ + + + + + + + ++ ++
-- -
- - -- - -- - -- --
26
+ + +
+ + + + + + + + ++ ++
-- -
- - -- - -- - -- --
27
• да ли је поље између две наелектрисанеплоче баш скроз хомогено?
10
28
• Расподела наелектрисања на неуниформномпроводнику
29
• што је шиљак већи јаче је ипоље око тог дела проводника
• тела са шиљком – громобрани• Електрично пражњење –
појава варница око тела
30
Примене електростатике
• Ксерографија – машине за фотокопирање• пречишћавање дима, електростатичкочишћење ваздуха
11
31
32
Електрични потенцијал и напон• електрично поље убрзава наелектрисање• оно добија кинетичку енергију• механичка аналогија
33
Електрични потенцијал и напон
• рад ће зависити од величине наелектрисања• ако желимо величину која неће зависити од њега
треба поделити потенцијалну енергијунаелектрисањем
• Кулонова сила је конзервативна – постојипотенцијална енергија
• рад је једнак њеној негативној промени
12
34
Електрични потенцијал и напон
• напон је једнак разлици потенцијала
• добија се електрични потенцијал
35
Електрон волт• енергија за преношење једног електрона крозпроводник је мала у макроразмерама
• на микроскопској скали то је значајнавредност
• зато се уводи нова величина за енергију каоенергија коју стекне електрон када га убрзапотенцијална разлика од 1 волта
36
Електрон волт
• Шта се изражава у електронволтима?• енергија везе електрона у атомима• енергије везе у молекулима• стога је енергија која је потребна да би се разорила
веза у неким органским молекулима око 5 eV. • 30 keV поседује протон убрзан напоном од 30 kV• 500 MeV се ослобађа у нуклеарним распадима• 7 ТeV (1012) у CERN-у има протонски сноп
13
37
Електрични потенцијал у униформномелектричном пољу
• постоји веза напона и енергије• да ли постоји и веза напона и јачине електричног поља?
38
Електрични потенцијал у униформномелектричном пољу
• рад који изврши електростатичка силапри померању наелектрисања из тачкеА у тачку В униформног поља је
39
Кондензатори
• уређаји за складиштење наелектрисања (радио апарати, компјутери, блицеви, за дефибрилацију у медицини, ...)
• електронеутрални су у целини• од чега зависи количина електрицитета на плочама?
– од напона– од физичких карактеристика самог кондензатора
14
40
Кондензатори
капацитивност је количина наелектрисања којасе ускладишти на облогама кондензаторапри промени његовог напона за један волт.
Јединица је Фарад
• од чега зависи Q на облогама кондензатора?• од јачине поља, јер свака линија полази са “+”
наелектрисања а завршава се на “–” наелектрисању, E~Q
• како је U=Ed следи да је U~E, односно Q~UQ~U• за исти напон Q зависи и од физичких особина
• диелектрик смањује уследполаризације јачину поља измеђуплоча кондензатора – смањује се инапон између њих при истој количининаелектрисања на плочама. следи даима већу капацитивност
• молекули диелектрика се поларизују. услед тога се на површини диелектрикаближој облогама кондензатора формираслој супротних наелектрисања услед чегана плоче долазе додатна наелектрисања– повећава јој се капацитивност
45
Објашњење поларизација
16
46
Енергија ускладиштена укондензатору
• Потенцијална енергија честице у електричномпољу је Ep=qU
• како напон расте од 0 до U не може да сепримени ова формула одмах
• треба га усредњити Usr=(0+U)/2• енергија кондензатора је
47
Енергија плочастог кондезатора
• густина енергија електричног пољакондензатора
48
Електрична струја• настаје услед кретања слободних носиоца
електрицитета кроз проводну средину• примери – акумулатор аутомобила, џепни
калкулатор• битна разлика? • у броју наелектрисања која се у јединици времена
пренесу• стога се уводи величина под називом јачина
електричне струје I
17
49
Јачина електричне струје
• јединица 1 А (Ампер)
50
Просто струјно коло
51
Физички и технички смер струје
18
52
Брзина дрифта• електрони у проводнику
врше две врсте кретања– термално хаотично и– усмерено под дејством
спољашњег поља – дрифт• брзина преношења
електричних сигнала јескоро па једнака брзинисветлости 108m/s
• а брзина дрифта износисвега 10-4m/s
• како то?
53
54
19
55
Брзина дрифта-наставак
• ако је концентрација слободнихнаелектрисања у проводнику n, њихов број уосенченом делу проводника је N=nSx
• како сваки од њих носи наелектрисање q, утом делу проводника се налази ∆Q=qN=qnSx
• јачина струје је
56
Брзина дрифта-наставак
• Брзина дрифта је у типичнимпроводницима реда 10-4 м/с!
• То је изузетно мала вредност• Брзина хаотичног кретања је око 103 м/с
57
Омов законКаква је веза између електричног напонапримењеног у колу (U), струје која протиче крозњега (I) и отпора (R)?
Ω===
VARUI
RUI ;
][][][ ;
Georg Simon Ohm(1789-1854)
20
58
Смисао Омовог закона
Ω===
VARUI
RUI ;
][][][ ;
1. Електрична струја и напонсу пропорционални једнодругом.
2. Да ли Омов закон може дасе примени на свеотпорнике? НЕ. Нису свиотпорници “омски”!
59
Коло са два отпорника
• збир пада напона на отпорницима је једнакнапону извора – његовој електромоторнојсили
60
Отпорност и њена температурназависност
СпецифичнаСпецифична отпорностотпорност ((ρρ)) је карактеристика материјала. СпецифичнаСпецифична отпорностотпорност некогнеког материјаламатеријала (у SI) је отпорностжице дужине 1 m попречног пресека 1 m2 направљеној од тогматеријала.
α– температурски коефицијент отпорности.Tемпературна зависност отпорности се користи у отпорнимтермометрима, у термисторима и у другим уређајима где јепотребно да се измери мала промена температуре.
Т
ρ
ρ0
63
22
64
СуперпроводностИспод критичнетемпературе TCотпорност неких металапостаје нула. Tај феноменсе зовеСУПЕРПРОВОДНОСТ(откриће Хајке Камерлинг-Онеса, 1911. г., објашњено тек 1957. г.).
Нулта отпорност значи дабесконачно велика струјаможе да протиче крозтакав проводник чак иакоје примењени напонрелативно мали.