Start › Definicje i teoria › Fizyka › Elektrostatyka
∑ Matematyka⚛ Fizyka⬡ Chemia📖 Język polski

Definicje: Elektrostatyka

Elektryzowanie ciał i ładunek elektryczny, prawo Coulomba, pole elektryczne, potencjał i napięcie, kondensatory.

14 definicji
Elektryzowanie ciał (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Elektryzowanie ciał

Na czym polega

Ciało elektryzuje się, gdy zyskuje lub traci elektrony, uzyskując ładunek dodatni lub ujemny.

Sposoby

Przez tarcie, dotyk (przewodzenie) oraz indukcję (zbliżenie ciała naładowanego).

Skutki

Naelektryzowane ciała przyciągają drobne przedmioty.

Budowa atomu i ładunek elektryczny (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Budowa atomu i ładunek elektryczny

Atom

Jądro (protony i neutrony) oraz krążące wokół elektrony.

Ładunki

Proton ma ładunek dodatni, elektron ujemny, neutron jest obojętny.

Jednostka

Ładunek mierzymy w kulombach ($\mathrm{C}$); ładunek elementarny to $e$.

Przewodniki i izolatory (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Przewodniki i izolatory

Przewodniki

Substancje przewodzące prąd dzięki swobodnym elektronom (metale, grafit, roztwory soli).

Izolatory

Nie przewodzą prądu (guma, szkło, plastik) — brak swobodnych ładunków.

Zastosowanie

Przewody z miedzi w izolacji z tworzywa.

Oddziaływanie ciał naelektryzowanych (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Oddziaływanie ciał naelektryzowanych

Reguła

Ładunki jednoimienne się odpychają, różnoimienne przyciągają.

Siła

Rośnie przy większych ładunkach i maleje ze wzrostem odległości.

Elektroskop

Przyrząd wykrywający naelektryzowanie ciała.

Zasada zachowania ładunku (klasa 8 SP) SP · szkoła podstawowa
Temat lekcji: Zasada zachowania ładunku

Treść

W układzie izolowanym całkowity ładunek elektryczny pozostaje stały.

Elektryzowanie

Ładunki nie powstają z niczego — przechodzą z jednego ciała na drugie.

Wniosek

Jedno ciało zyskuje tyle ładunku, ile traci drugie.

Elektryczność statyczna — ładunek i prawo Coulomba LO · szkoła średnia
Ładunek elektryczny $q$ [C — kulomb] — fundamentalna własność cząstek. Proton: $+e$, elektron: $-e$, $e = 1{,}6\times10^{-19}$ C.
Zasada zachowania ładunku: W izolowanym układzie całkowity ładunek jest stały.
Prawo Coulomba: $$F = k\frac{|q_1||q_2|}{r^2}, \quad k = 9\times10^9\ \frac{\text{N}\cdot\text{m}^2}{\text{C}^2}$$
Prosto mówiąc: Pocierasz balonik o włosy — elektrony przechodzą z włosów na balonik. Balonik nabiera ładunku $-$, włosy $+$. Naelektryzowane ciała przyciągają papierki. To elektryczność statyczna.
Elektryzowanie ciał:
  • Przez tarcie: przekazanie elektronów
  • Przez dotyk: ładunek przepływa między ciałami
  • Przez indukcję: brak kontaktu — polaryzacja ładunków
Przewodniki — swobodnie przepuszczają ładunek (metale). Izolatory — nie (plastik, drewno, szkło).
Przykład: Dwa ładunki $q_1=2\times10^{-6}$ C i $q_2=3\times10^{-6}$ C, odległość 0,3 m. $$F = 9\times10^9 \cdot \frac{2\times10^{-6}\cdot3\times10^{-6}}{0{,}09} = 9\times10^9\cdot\frac{6\times10^{-12}}{0{,}09} = 0{,}6 \text{ N}$$
⚡ Zapamiętaj: Prawo Coulomba ma identyczną postać jak prawo grawitacji ($1/r^2$), ale elektryczność może być odpychająca! Siły elektromagnetyczne są $10^{36}$ razy silniejsze od grawitacyjnych.
Pole elektryczne — natężenie i linie pola LO · szkoła średnia
Natężenie pola elektrycznego: $$\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q} \quad [E] = \frac{\text{N}}{\text{C}} = \frac{\text{V}}{\text{m}}$$ Dla pola ładunku punktowego $Q$: $E = k\dfrac{Q}{r^2}$ (prawo Coulomba).
Potencjał elektryczny: $V = k\dfrac{Q}{r}$; napięcie: $U = V_1 - V_2 = \dfrac{W}{q}$.
Prosto mówiąc: Natężenie pola to "siła na jednostkę ładunku" — jak bardzo pole chce przesunąć ładunek w danym miejscu. Kierunek: zgodny z siłą na ładunek dodatni.
Pole jednorodne (między płytami kondensatora): $$E = \frac{U}{d} \quad \text{(stałe — linie pola równoległe)}$$ Energia ładunku $q$ w polu: $E_p = qV = qEd$.
Zasada superpozycji: Pole od wielu ładunków = wektorowa suma pól składowych.
Przykład: Ładunek $+2\ \mu\text{C}$ i $-2\ \mu\text{C}$ w odległości 10 cm od siebie. Natężenie w środku?
  1. $E_+ = 9\times10^9\cdot\frac{2\times10^{-6}}{(0{,}05)^2} = 7{,}2\times10^6$ N/C (ku $-$ ładunkowi)
  2. $E_- = 7{,}2\times10^6$ N/C (też ku $-$ ładunkowi)
  3. Pola dodają się: $E = 1{,}44\times10^7$ N/C
⚡ Zapamiętaj: Linie pola elektrycznego wychodzą z ładunków $+$ i wchodzą do $-$. Gęstość linii = natężenie pola. Ruch zgodny z polem: ładunek $+$ traci, ładunek $-$ zyskuje energię potencjalną.
Kondensator — pojemność i energia LO · szkoła średnia
Pojemność elektryczna: $$C = \frac{q}{U} \quad [C] = \text{F (farad)}$$ Kondensator płaski: $C = \varepsilon_0\varepsilon_r\dfrac{S}{d}$
Gdzie $\varepsilon_0 = 8{,}85\times10^{-12}$ F/m, $\varepsilon_r$ — przenikalność względna, $S$ — pole płyt, $d$ — odległość.
Prosto mówiąc: Kondensator to "zbiornik ładunku". Pojemność 1 F oznacza: przy napięciu 1 V gromadzi 1 C ładunku. 1 F to ogromna pojemność — typowe: pF ($10^{-12}$) do $\mu$F ($10^{-6}$).
Energia kondensatora: $$E = \frac{1}{2}CU^2 = \frac{q^2}{2C} = \frac{qU}{2}$$ Kondensatory w układach:
  • Szeregowo: $\dfrac{1}{C_{zast}} = \dfrac{1}{C_1}+\dfrac{1}{C_2}+\ldots$ (pojemność maleje)
  • Równolegle: $C_{zast} = C_1+C_2+\ldots$ (pojemność rośnie)
Przykład: Kondensator $C = 10\ \mu\text{F}$ naładowany do $U=100$ V.
  1. Ładunek: $q = CU = 10^{-5}\cdot100 = 10^{-3}$ C $= 1$ mC
  2. Energia: $E = \frac{1}{2}\cdot10^{-5}\cdot100^2 = 0{,}05$ J $= 50$ mJ
⚡ Zapamiętaj: Kondensatory równoległe — napięcie takie samo, ładunki się sumują. Szeregowe — ładunek taki sam, napięcia się sumują. Odwrotnie niż oporniki! (R szeregowo rośnie; C szeregowo maleje).
Ładunek elektryczny — prawo Coulomba (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Ładunek elektryczny — prawo Coulomba

Ładunek

Skwantowany, wielokrotność ładunku elementarnego $e$; jednostką jest kulomb.

Prawo Coulomba

$F=k\frac{|q_1 q_2|}{r^2}$.

Analogia

Podobne w formie do prawa powszechnego ciążenia.

Natężenie pola elektrycznego (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Natężenie pola elektrycznego

Definicja

$\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}$ — siła na jednostkowy ładunek próbny.

Ładunek punktowy

$E=k\frac{Q}{r^2}$.

Linie pola

Wychodzą z ładunków dodatnich, wchodzą do ujemnych.

Potencjał i napięcie elektryczne (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Potencjał i napięcie elektryczne

Potencjał

$V=\frac{E_p}{q}$ — energia potencjalna na jednostkowy ładunek.

Napięcie

Różnica potencjałów: $U=V_1-V_2$.

Pole jednorodne

$U=E d$.

Praca w polu elektrycznym (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Praca w polu elektrycznym

Wzór

$W=q U$.

Pole zachowawcze

Praca nie zależy od drogi, lecz od położeń.

Powierzchnie ekwipotencjalne

Praca wzdłuż nich jest zerowa.

Kondensatory — pojemność (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Kondensatory — pojemność

Pojemność

$C=\frac{Q}{U}$, jednostką jest farad.

Kondensator płaski

Pojemność rośnie z polem okładek i maleje z ich odległością.

Łączenie

Równolegle pojemności się dodają, szeregowo — odwrotności.

Energia pola elektrycznego (klasa 2 LO) LO · szkoła średnia
Temat lekcji: Energia pola elektrycznego

Energia kondensatora

$E=\frac{C U^2}{2}=\frac{Q U}{2}$.

Magazynowanie

Naładowany kondensator przechowuje energię w polu elektrycznym.

Zastosowanie

Lampy błyskowe, układy elektroniczne.

← Drgania i fale mechanicznePrąd elektryczny →
Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.

🚀 Załóż konto za darmo → 📄 Przeglądaj arkusze ✉️ Napisz do nas