|
|
(1) |
&;Anna Bek 2006
Pole elektrostatyczne- jest to przestrzeń w której działają siły elektryczne. Pole elektrostatyczne możemy obserwować dzięki liniom tego pola.
Linie pola elektrostatycznego - to krzywe do których wektor natężenia styczny jest w każdym punkcie. Czym lini pola jest więcej wokół ciała naelektryzowanego tym natężenie tego pola jest większe.
|
|
(1) |
Zasada zachowania ładunku - całkowita ilość ładunku w układzie ciał izolowanych elektrycznie od otoczenia jest stała.
Prawo Coulomba - siła wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków punktowych umieszczonych w próżni dla ładunków jednoimiennych jest to siła odpychania a dla różnoimiennych, siła przyciągania.
|
|
(2) | |
Gdzie: |
q - wartość ładunku, |
|
|
(3) | |
Gdzie: |
|
Natężenie pola elektostatycznego - jest to siły elektrycznej działającej na ładunek próbny umieszczony w danym punkcie pola do wartości tego ładunku.
|
|
(4) | |
Gdzie: |
F - siła elektryczna, |
|
|
(5) |
|
|
(6) |
Zasada ta mówi,że - natężenie pola elektrostatycznego pochodzące od różnych zródeł dodajemy wektorowo.
|
|
(7) | |
Gdzie: |
E i - natężenie pola elektrostatycznego w danym punkcie przestrzeni wytworzone przez ładunek i, |
|
m = q l |
(8) | |
Gdzie: |
m - moment elektryczny dipola, |
Strumień indukcji elektrostatycznej przechodzący przez daną powierzchnię zamkniętą równy jest iloczynowi skalarnemu wektora indukcji i wektora powierzchni.
|
|
(9) | |
Gdzie: |
|
Prawo Gaussa- strumień indukcji elektrostatycznej, przechodzący przez dowolną powierzchnię zamkniętą równy jest całkowitemu ładunkowi zgromadzonemu wewnątrz tej powierzchni.
Dla solenoidu :
|
|
(10) |
Pracę w polu elektrostatycznym wykonaną przez siłę tego pola obliczamy ze wzoru :
|
|
(11) |
Jeśli praca w polu elektrostatycznym zostaje wykonana przez siłę zewnętrzną to praca ta przyjmuje przeciwny znak.
|
|
(12) |
Praca w polu elektrostatycznym zależy od położenia końcowego i początkowego ciała, które chcemy przemieszczać oraz od siły działającej na to ciało.
Natomiast praca w tym polu niezależy od toru po jakim porusza się ciało dlatego pole elektrostatyczne nazywane jest polem zachowawczym .
Energia dla ładunków jednoimiennych - jest dodatnia.
Energia dla ładunków różnoimiennych - jest ujemna.
|
|
(13) |
|
|
(14) | |
Gdzie: |
Q,q - ładunki punktowe, |
Energia potencjalna ładunku umieszczonego w polu elektrostatycznym dąży do wartości równej 0, gdy odległość r dąży do nieskończoności.
Potencjał elektrostatyczny może przyjmować wartości dodatnie i ujemne, wartości dodatnie wtedy kiedy źródło jest ładunkiem dodatnim,ujemną natomiast kiedy źródło jest ładunkiem ujemnym.
|
|
(15) | |
Gdzie: |
V - potencjał w danym punkcie pola elektostatycznego, |
|
|
(16) |
|
|
(17) | |
Gdzie: |
Q,q - ładunki punktowe, |
Pod wpływem pola elektrycznego cząsteczki, atomy ulegają zniekształceniu lub obrotowi wokół własnej osi tak, aby ładunki dodatnie zwrócone były w kierunku płytki naładowanej ujemnie, a ładunki ujemne w kierunku płytki dodatniej. W atomach może nastąpić przesunięcie powłok elektronowych względem jąder. W wyniku tego przy płytce ujemnej powstaje warstwa ładunku dodatniego a przy płytce dodatniej warstwa ładunku ujemnego. Ładunki nazywamy ładunkami związanymi a całe zjawisko polaryzcją dielektryka. Ładunki związane wzajemnie neutralizują oddziaływania, dlatego na powierzchni przewodnika lub kondesatora może zgromadzić się większa liczba ładunków stąd pojemność takiego kondesatora wzrasta.
|
|
(18) | |
Gdzie: |
Q - ładunek, |
1. Na przewodniku gromadzić się może nieskończenie wiele ładunków.
2. Wzraz ze zmianą ładunku na przewodniku, wielkością która także ulega zmianie jest potencjał - zmienia się on wprost proporcjonalnie do ładunku.
Pojemność przewodnika - dla naelektryzowanego przewodnika iloraz ładunku zgromadzonego na tym przewodniku do jego potencjału jest wielkością stałą nazywaną pojemnością elektryczną.
Kondesator - jest to urządzenie, które służy do gromadzenia ładunków zbudowanych z dwóch płytk z których jedna jest uziemniona.
Kondesator płaski - to układ dwóch płytek, które znajdują się w odległości d od siebie, powierzchnia okładki równa jest S.
Pojemnosć kondesatora płaskiego zależy od :
1. powierzchni okładek ( czym okladki większe tym pojemność też jest większa ).
2. od odległości między tymi okładkami
3. od substancji wypełniającej przestrzeń pomiędzy okładkami kondensatora
|
|
(19) | |
Gdzie: |
U - napięcie, |
|
|
(20) |
|
|
(21) |
Łączenie szeregowe kondesatorów.
W połączeniu szeregowym odwrotność pojemności całego układu jest równa sumie odwrotności pojemności poszczególnych elementów układu.
|
|
(22) | |
Gdzie: |
C- pojemność kondensatora, |
Łączenie równoległe kondensatorów.
Pojemność układów w połączeniu równoległym obliczamy jako sumę poszczególnych elementów w układzie.
|
|
(23) |
Prąd elektryczny - jest to uporządkowany ruch elektronów swobodnych, który wystepuje dzięki różnicy potencjałów. Prad elektryczny jest przewodzony przez ciała stałe czyli przewodniki, półprzewodniki, ciecze czyli elektrolity gazu. Kierunek prądu elektrycznego przyjmujemy jak kierunek ładunków dodatnich tzn.od plusa do minusa.
Prąd stały - to prąd o tej samej wartości natężenia i napięcia w pewnym przedziale czasu.
Wielkości charakteryzyjące prąd elektryczny :
1. natężenie prądu - jest to ilość ładunku przepływająca przez poprzeczny przekrój przewodnika.
|
|
(1) | |
Gdzie: |
q - wartość ładunku, |
2. gęstość prądu - jest to iloraz natężenia prądu do pola powierzchni przekroju poprzecznego przewodnika.
|
|
(2) | |
Gdzie: |
I - natężenie, |
3. napięcie prądu które zasila dane urządzenie równy jest ilorazowi mocy tego urządzenia do natężenia prądu, które przez to urządzenie przepływa.
|
|
(3) | |
Gdzie: |
U - napięcie, |
4. praca prądu elektrycznego o natężeniu I płynącego przez czas t przez element obwodu ( urządzenie ) na końcach którego różnica potencjałów ( napięcie ) wynosi U.
|
|
(4) | |
Gdzie: |
|
4. moc prądu
|
|
(5) | |
Gdzie: |
P - moc prądu elektrycznego o natężeniu I płynącego przez odbiornik pod napięciem U, |
Prawo Ohma dla przewodników.
Opór elektryczny przewodnika ( w stałej temperaturze ) jest stały niezależnie od przyłożonego napięcia.
Dla danego przewodnika w obwodzie elektrycznym, stosunek napięcia do natężenia jest wielkościa stałą.
|
|
(6) | |
Gdzie: |
R - opór przewodnika, |
|
|
(7) | |
Gdzie: |
|
Opór przewodnika zależy od : temperatury jaką osiągnie w czasie przepływu prądu elektrycznego.
Prawo Ohma dla obwodu zamkniętego.
Siła elektromotoryczna dla obwodu zamkniętego równa jest zawsze sumie napięć części zewnętrznej i wewnętrznej tego oporu.
|
|
(8) | |
Gdzie: |
E - siła elektromotoryczna źródła energii elektrycznej, |
|
|
(10) | |
Gdzie: |
W - praca wykonana przez źródło kosztem innych form energii ( w zależności od źródła jest to energia chemiczna, mechaniczna itd. ) przy przepływie przez źródło ładunku q. |
I prawo Kirchoffa - natężenie prądów wpływających do węzła przyjmowane są jako dodatnie, a wypływające z węzła jako ujemne.
|
|
(11) | |
Gdzie: |
In - natężenie prądu w n-tym przewodniku węzła sieci, |
II prawo Kirchoffa - nateżenie prądów płynących w kierunku zgodnym z wybranym kierunkiem obiegu oczka sieci przyjmowane są jako ujemne. Siły elektromotoryczne źródeł powodujących przepływ prądu w kierunku zgodnym z kierunkiem obiegu oczka przyjmowane są jako dodatnie.
Połączenie szeregowe.
|
|
(12) | |
Gdzie: |
R - opór zastępczy układu oporników połączonych szeregowo, |
Połączenie szeregowe ogniw stosujemy wtedy kiedy opór części zewnętrznej jest bardzo duży w porównaniem z oporem części wewnęrznej, wtedy R >> r.
|
|
(13) |
Połączenie równoległe.
|
|
(14) | |
Gdzie: |
R - opór zastępczy układu oporników połączonych równolegle, |
Połączenie równoległe ogniw stosujemy wtedy kiedy opór części wewnętrznej jest bardzo duży w porównaniem z oporem części zewnętrznej, wtedy r >> R.
|
|
(15) |
|
Q = W = U I t |
(16) | |
Gdzie: |
Q - ilość energii cieplnej wydzielonej w przewodniku o oporze R, |
Elektroliza
I prawo Faradaya
|
|
(17) | |
Gdzie: |
m - masa substancji wydzielonej na elektrodzie, |
II prawo Faradaya
|
|
(18) | |
Gdzie: |
F - stała Faradaya, |
|
|
(1) | |
Gdzie: |
H - indukcja pola magnetycznego wytworzonego przez nieskończnie długi, prostoliniowy przewodnik z prądem stałym o natężeniu I, w punkcie p odległym o r od przewodnika, |
|
|
(2) | |
Gdzie: |
H - indukcja pola magnetycznego o srodku kołowego zwoju o promieniu r, przez który płynie prad o natężeniu I, |
|
|
(3) | |
Gdzie: |
B - indukcja pola magnetycznego wewnątrz nieskończenie długiego solenoidu, przez który płynie prąd I, |
Prawo Ampere'a - natężenie prądu przyjmujemy za dodatnie, jeżeli płynie w tą stronę, w którą przesuwałaby się śruba prawoskrętna obracana zgodnie z przyjętym kierunkiem obiegu krzywej.
|
|
(4) |
|
|
(5) |
|
|
(6) | |
Gdzie: |
F - siła Lorentza działająca na cząstke o ładunku q poruszająca się w polu magnetycznym i indukcji B, |
|
|
(7) | |
Gdzie: |
|
|
|
(8) | |
Gdzie: |
F - siła działająca na jednostkę długości ( 1m ) każdego z dwóch nieskończenie długich, prostoliniowych przewodników umieszczonych w odległości r, |
Przewodniki w których prądy płyną w tych samych kierunkach, przyciągają się, a przewodniki z prądami o przeciwnych kierunkach odpychają się.
|
|
(9) |
|
m = I S |
(10) | |
Gdzie: |
m - moment magnetyczny obwodu, |
|
|
(1) | |
Gdzie: |
|
|
|
(2) | |
Gdzie: |
E - siła elektromotoryczna samoindukcji powstająca w obwodzie na skutek zmian natężenia pradu płynącego przez ten obwód, |
|
|
(3) | |
Gdzie: |
M - współczynnik indukcji wzajemnej, |
Transformator - to urządzenie służące do zmiany napięcia na wyjściu.
BUDOWA TRANSFORMATORA
Wielkości charakteryzujące transformator :
1. przekładnia transformatora
|
|
(4) | |
Gdzie: |
k - przekładnia transformatora, |
2. sprawność transformatora
|
|
(5) |
Transformator, którego sprawność wynosi 100% nazywamy transformatorem idealnym tzn. że nie występuja żadne straty.
Sprawność transformatora to iloraz mocy uzwojenia wtórnego do mocy uzwojenia pierwotnego.
|
|
(6) | |
Gdzie: |
P - moc uzwojenia transformatora, |
Jeżeli przez uzwojenie pierwotne płynie prąd zmienny to powoduje on powstanie zmiennego pola magnetycznego w rdzeniu. Pole to powoduje natomist powstanie siły elektromotorycznej indukcji w każdym zwoju uzwojenia wtórnego.
I prawo Maxwella - jeżeli ładunek będzie poruszał się z prędkością V w zmiennym polu magnetycznym, to wokół siebie wytwarza zmienne pole elektryczne.
|
|
(7) | |
Gdzie: |
KE- krążenie wektora E po dowolnej krzywej zamkniętej, |
II prawo Maxwella - zmienne pole elektryczne wywołuje zmienne wirowe pole magnetyczne.
|
|
(8) | |
Gdzie: |
KB- krążenie wektora B po dowolnej krzywej zamkniętej, |
- przenikalność elektryczna próżni,
- strumień natężenia pola elektrostatycznego,
- natężenie pola elektrostatycznego ,
W- praca, 
- opór właściwy materiału z którego wykonano przewodnik ,
- masa molowa substancji,
- wartościowość,
- kąt między v i B,
- wektor długości małego fragmentu przewodnika, w którym płynie prąd o natężeniu I,
- indukcja pola magnetycznego w miejscu fragmentu
- strumień pola magnetycznego,
- sprawność transformatora 
B- zmiana strumienia indukcji magnetycznej w danym czasie,