←
Podsumowanie

Podsumowanie

5.1 Ładunek elektryczny

  • Są tylko dwa rodzaje ładunków, nazywane dodatnimi i ujemnymi. Ładunki zgodne odpychają się, ładunki przeciwne przyciągają, a siła pomiędzy nimi maleje z kwadratem odległości.
  • Nośnikami zdecydowanej większości dodatnich ładunków w przyrodzie są protony, podczas gdy elektrony są nośnikami większości ładunków ujemnych. Ładunek elektronu jest równy co do wartości ładunkowi protonu i przeciwnego znaku.
  • Jon to atom lub cząsteczka, która posiada niezerowy ładunek całkowity wynikający z nierównej liczby elektronów i protonów.
  • Jednostką ładunku w układzie SI jest kulomb ( C C), w przypadku protonów i elektronów posiadających ładunki przeciwnego znaku, ale tej samej wielkości wartość tego ładunku elementarnego wynosi e ≡ 1,602 ⋅ 10 -19 ⁢⁢ C e≡ 1,602 ⋅ 10 -19 ⁢⁢ C .
  • W ciałach obojętnych elektrycznie występują zarówno ładunki dodatnie, jak i ujemne; mogą one zostać rozdzielone w wyniku zetknięcia tych ciał; pocieranie wzajemne tych ciał może uwolnić elektrony w jednym ciele i przenieść je do drugiego, zwiększając rozdział ładunków.
  • W przypadku obiektów makroskopowych „naładowany ujemnie” oznacza nadmiar elektronów, a „naładowany dodatnio” oznacza niedobór elektronów.
  • Zasada zachowania ładunku głosi, że całkowity ładunek w izolowanym układzie jest stały.

5.2 Przewodniki, izolatory i elektryzowanie przez indukcję

  • Przewodnik to materiał, którego struktura atomowa pozwala ładunkom na swobodny przepływ.
  • W izolatorze ładunki pozostają zlokalizowane w danym miejscu.
  • Polaryzacja polega na rozdzieleniu dodatnich i ujemnych ładunków w obojętnym elektrycznie ciele. W spolaryzowanych ciałach ładunki dodatnie i ujemne gromadzą się w innych miejscach, tak że mamy do czynienia z rozkładem ładunku.

5.3 Prawo Coulomba

  • Prawo Coulomba pozwala obliczyć wartość siły działającej pomiędzy ładunkami punktowymi. Ma postać
    F → 1 2 ⁢ r = 1 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q 1 ⁢ q 2 r 1 2 2 ⁢ r ̂ 1 2 ⁢ , F → 1 2 ⁢ r = 1 4 ⁢ π ⁢ ε 0 ⋅ q 1 ⁢ q 2 r 1 2 2 ⁢ r ̂ 1 2 ⁢ ,

    gdzie q 2 q 2 i q 2 q 2 są dwoma ładunkami punktowymi oddalonymi od siebie o r 1 2 r 1 2 r_{1\sep 2} . Siła Coulomba jest oddziaływaniem fundamentalnym, gdyż większość ładunków jest związanych z cząsteczkami, które można traktować jako punktowe. To oddziaływanie odpowiada za wszystkie zjawiska elektrostatyczne i jest źródłem większości makroskopowych sił.

5.4 Pole elektryczne

  • Pole elektryczne to właściwość przestrzeni wywołana obecnością ładunków elektrycznych. Za pośrednictwem pola elektrycznego ładunek źródłowy oddziałuje z ładunkiem próbnym.
  • Natężenie pola elektrycznego, tak jak siła elektrostatyczna, spełnia zasadę superpozycji.
  • Natężenie pola elektrycznego jest wektorem; z definicji jest zwrócone od ładunku dodatniego w stronę ładunku ujemnego.

5.5 Wyznaczanie natężenia pola elektrycznego rozkładu ładunków

  • Bardzo dużą liczbę ładunków możemy traktować jako ciągły rozkład ładunku, gdy konieczne jest całkowanie do wyliczenia natężenia pola. Typowymi przykładami są:
    • rozkład jednowymiarowy (taki jak w drucie); posługujemy się liniową gęstością ładunku λ λ;
    • rozkład dwuwymiarowy (płyta metalowa); posługujemy się powierzchniową gęstością ładunku σ σ;
    • rozkład trójwymiarowy (kula metalowa); posługujemy się objętościową gęstością ładunku ρ ρ.
  • Teraz ładunek źródłowy jest różniczkowo małym fragmentem d q dq ładunku. Sposób obliczania d q dq zależy od rodzaju rozkładu ładunku
    d q = λ ⁢ d l ⁢ , ⁢ d q = σ ⁢ d S ⁢ , ⁢ d q = ρ ⁢ d V ⁢ . d q = λ ⁢ d l ⁢ , ⁢ d q = σ ⁢ d S ⁢ , ⁢ d q = ρ ⁢ d V ⁢ .
  • Kluczową dla obliczeń jest symetria rozkładu ładunku.
  • Ważnymi szczególnymi przypadkami są te dotyczące pola elektrycznego nieskończonego drutu i nieskończonej płaszczyzny.

5.6 Linie pola elektrycznego

  • Wykresy pola elektrycznego pomagają przedstawić graficznie pole elektryczne ładunku źródłowego.
  • Wartość natężenia pola elektrycznego jest proporcjonalna do gęstości linii pola.
  • Wektory natężenia pola są styczne do linii pola w każdym punkcie.

5.7 Dipole elektryczne

  • Jeżeli trwały dipol zostanie umieszczony w zewnętrznym polu elektrycznym, to w wyniku działania momentu siły zostanie on ustawiony zgodnie z kierunkiem tego pola.
  • Jeżeli niespolaryzowany atom (lub cząsteczka) zostanie umieszczony w zewnętrznym polu elektrycznym, to zyskuje wyindukowany moment dipolowy, który jest zgodny z kierunkiem zewnętrznego pola.
  • Wypadkowe natężenie pola elektrycznego jest sumą wektorową natężenia pola zewnętrznego i pola dipola (trwałego lub wyindukowanego).
  • Stopień polaryzacji jest opisany za pomocą momentu dipolowego dipola p → = q ⁢ d → p → = q ⁢ d → .