15. Elektrické pole

15. Elektrické pole

• Coulombov zákon – dva bodové náboje na seba navzájom pôsobia rovnako veľkými elektrickými silami opačného smeru

F_e = k . Q ₁ . Q ₂ / r ²

• bodový náboj – hmotný bod, ktorého elektrický náboj je sústredený do jedného bodu (rozmery zanedbávame)
• k – konštanta úmernosti
• ε – permitivita prostredia – fyzikálna veličina charakterizujúca elektrické vlastnosti daného prostredia
• ε _{0 –}permitivita vákua
• ε _{r –}relatívna permitivita – udáva koľkokrát má dané prostredie silnejšie elektrické vlastnosti ako vákuum

ε _r = ε / ε ₀

• intenzita elektrického pola – vektorová fyzikálna veličina, ktorá charakterizuje silové pôsobenie elektrického pola na jednotkový náboj v danom mieste pola

E = F_e / Q = k . Q / r ² [E] = V / m

- má smer rovnaký ako F_e  pôsobiaca na kladný náboj

• siločiary elektrického pola – myslené čiary, ktoré graficky znázorňujú elektrické pole a dotyčnica zostrojená v ich ľubovolnom bode určuje smer  intenzity elektrického pola

- spojité čiary, ktoré začínajú v kladnom a končia v zápornom

- vždy kolmé na povrch nabitého telesa

- pri osamotenom náboji sa rozbiehajú do nekonečna

• homogénne elektrické pole – elektrické pole, ktoré má v každom bode rovnaký vektor intenzity (veľkosť aj smer)

- vzniká medzi dvomi rovnobežnými nesúhlasne nabitými platňami

- znázorňujeme ho rovnobežnými siločiarami, ktoré sú od seba navzájom rovnako vzdialené

• radiálne elektrické pole – elektrické pole, ktorého intenzita sa so zväčšujúcou vzdialenosťou zmenšuje (E má smer polpriamky)

- vzniká v okolí bodového náboja resp. elektricky nabitej gule

- znázorňujeme ho lúčovitými siločiarami

• elektrický potenciál – skalárna fyzikálna veličina, ktorá udáva prácu vykonanú elektrickým polom pri premiestnení jedného náboja z daného miesta na zem (na miesto vodivo spojené zo zemou)

φ = W / Q [φ] = V

• 1V – potenciál bodu, z ktorého na prenesenie náboja 1C potrebujeme prácu 1J
• potenciál sa vzťahuje na konkrétny bod
• body s rovnakým potenciálom vytvárajú ekvipotenciálne hladiny alebo plochy – sú vždy kolmé na siločiary elektrického pola

rovina guľa

• smer vektora intenzity určuje smer najrýchlejšej zmeny potenciálu
• veľkosť vektora intenzity určuje zmenu potenciálu na jeden meter

• elektrické napätie – rozdiel potenciálov medzi dvomi bodmi elektrického pola

- skalárna fyzikálna veličina, ktorá udáva prácu potrebnú na prenesenie jedného náboja medzi dvomi bodmi medzi, ktorými je toto napätie

U = W / Q [U] = V

• napätie medzi dvomi bodmi tej istej ekvipotenciálnej plochy je nulové (majú rovnaký potenciál, rozdiel = 0)
• v homogénnom elektrickom poli platí : U = φ = E . d

• kapacita vodiča – konštanta úmernosti medzi veľkosťou náboja, ktorou nabíjame teleso a jeho potenciálom

C = Q / φ = Q / U

- skalárna fyzikálna veličina, ktorá udáva veľkosť náboja potrebného na nabitie vodiča na potenciál 1V

C = ε . S / d [C] = F

• 1 Farad – je kapacita vodiča, ktorá sa nabije nábojom 1C na potenciál 1V

• kondenzátor – sústava dvoch navzájom izolovaných vodičov (má väčšiu kapacitu ako osamotený vodič)

- najjednoduchší je platňový

- práca potrebná na nabitie kondenzátora na napätie sa premení na energiu elektrického pola

• 
  kondenzátory môžeme rôzne spájať a meniť tak ich výslednú kapacitu :

1) paralelne - C = C ₁ + C ₂

2) sériovo - 1 / C = 1 / C ₁ + 1 / C ₂

• 
  vodič v elektrickom poli – látka, ktorá obsahuje veľké množstvo voľných častíc s nábojom

- ak vodič nie je v elektrickom poli, javí sa ako elektricky neutrálny (voľné častice s nábojom sú rozmiestnené rovnomerne)

- ak vodič vložíme do elektrického pola nastáva =>

• elektrostatická indukcia – jav, pri ktorom sa voľné častice s nábojom začnú usporiadane pohybovať a rozmiestnia sa na povrchu vodiča tak, že jedna strana vodiča bude nabitá kladne, druhá záporne

- po vybratí vodiča z elektrického pola sa opäť rozmiestnia pravidelne

- pomocou nej môžeme teleso zelektrizovať natrvalo a to tak, že teleso v elektrickom poli najskôr uzemníme (odvedieme náboj do zeme) a potom odstránime elektrické pole => volný náboj chýba na vodiči trvalo, teda vodič je zelektrizovaný

• izolant v elektrickom poli – látka, ktorá obsahuje veľké množstvo viazaných častíc s nábojom (voľných minimum alebo žiadne)

- ak izolant nie je v elektrickom poli, javí sa ako elektricky neutrálny

• ak izolant vložíme do elektrického pola nastáva polarizácia dielektrika – jav ,pri ktorom sa v izolante zdeformujú atómy v dôsledku pôsobenia elektrického pola, vytvoria sa dipóly, ktoré sa natočia do smeru vonkajšieho elektrického pola a na povrchu sa vytvorí tenká vrstva viazaného náboja (vo vnútri sa náboje vykompenzujú) po vybratí izolantu z elektrického pola sa atómy vrátia do pôvodného stavu

E = E _e – E _i

• izolant vložený do elektrického pola toto pole zoslabí