Elektryczno ść i Magnetyzm

16 lutego 2010 Wykład pierwszy

Elektryczność i Magnetyzm

Wykład: Jan Gaj

Pokazy: Tomasz Kazimierczuk/Karol Nogajewski,

Tomasz Jakubczyk


Sprawy organizacyjne

Terminy: wtorek 9:15, czwartek 14:15 Kolokwia: 29 marca i 10 maja (9:00-13:00) Egzamin pisemny: 8 czerwca (9:00-14:00) Zaliczenie

Udział w ćwiczeniach 2 kolokwia: 50% punktów zalicza ćwiczenia Egzamin pisemny (zadania), pełni także funkcję

kolokwium poprawkowego (w sesji poprawkowej) Egzamin ustny

Informacja w USOS, www.fuw.edu.pl/~gaj Konsultacje: w miarę zapotrzebowania W trakcie wykładu: pytania i uwagi! Kontakt: 55 32 214, [email protected]


Wstęp

Co dostarcza satysfakcji w fizyce? Czy fizyka jest nauką ścisłą? Znaczenie znajomości faktów

(doświadczenia!) Rzędy wielkości Historia czy współczesność? O czym będzie?


Porządek wykładu

Elektrostatyka Prąd elektryczny Magnetostatyka Indukcja elektromagnetyczna Materia w polu elektrycznym i

magnetycznym Prąd zmienny, obwody prądu zmiennego Fale elektromagnetyczne w falowodzie

i w otwartej przestrzeni


Literatura

Feynmana wykłady z fizyki Szczeniowski: Fizyka doświadczalna Piekara: Elektryczność i budowa materii Gaj: Elektryczność i magnetyzm

http://www.fuw.edu.pl/~gaj (zeszłoroczne prezentacje będą sukcesywnie zmieniane)


Wahadełka elektrostatyczne

++


Zagadka: dlaczego lata?


Wahadełka elektrostatyczne

+ -

Jak to sprawdzić ilościowo?


Waga skręceń

Q1

Q2

r12

F12


Oddziaływanie elektrostatyczne: jak zależy od odległości?

Odległość siła25 4035 2250 10

y = 25827x-2.0021

10

100

10 100

Odległość (cm)

Siła

(je

dn

ost

ki u

mo

wn

e)


Prawo Coulomba(oddziaływanie na odległość)

Q (C) - ładunek elektryczny Ładunek elektronu e = 1,602.10-19 C

0 = 8,854.10-12 C2/(N.m2) Konwencje: r21 do ładunku, na który działa siła F12 siła, jaką działa ładunek 1 na ładunek 2

21

212

21

21

012 ε4

1rr

QQ rF

Q1 Q2 F12

r21

F21

Charles Augustin de Coulomb (1736 – 1806)

Symetria sferyczna


Pomiar ładunku

+

Q

Kalibracja: 15 nC/podz


Rzędy wielkości

F = 0.001 N r = 0.1 m Q = 10-7 C, 10-8 C

Sprawdzenie:

F = Q2/(40r2) 10-15/(10-10 0.01) = 10-3 N


Model prądu elektrycznego

+

_


Wahadełko elektrostatycznehttp://www.sci-toys.com/scitoys/scitoys/electro/electro4.html#franklin


Elektroskop


Przewodniki i izolatory

Przewodniki: zawierają swobodne ładunki elektryczne Klasyczne przewodniki: metale, zawierające

swobodne elektrony Izolatory (dielektryki) zawierają ładunki

zlokalizowane. Przykłady izolatorów: szkło, papier, ebonit, teflon Podział na przewodniki i izolatory jest nieostry


Ładowanie elektroskopu

--

-

-

-


Ładowanie elektroskopu przez indukcję: przeciwnym znakiem

--- +

-

+

--

-- +


Oddziaływanie ładunku punktowego z jednorodnym rozkładem liniowym

b

a

b

a

DdD

DDQdy

rQ

tan

cos4

0,tan,4 3

0

30

rF

2

1

2

1

0,cos,sin4cos

cos0,sin,cos4 0

22

0

DQd

DQ

F

W granicy bardzo długiego drutu (1 = -/2, 2 = /2)

0,0,12 0D

Q

F

Symetria cylindryczna

D

1

2Q

y

x

Kieru

nek

pros

topa

dły

(x)

Zależność od D

W granicy bardzo krótkiego drutu ( << 1)

0,sin,cos4 2

0

RyQ F

Prawo Coulomba!

Uwaga: dla siły działającej na ładunek punktowy te same wzory (zmiana znaku F i r)

R/R


Oddziaływanie ładunku punktowego z jednorodnym rozkładem dwuwymiarowym (krążek)

2

0 03

0

2

0 03

0 4,sin,cos

4

RR

ddr

hQds

rQ r

F

2sincos

2costan

cos/2

42

00

02

03

0

QQ

dh

hh

hQFz

W granicy bardzo dużego promienia R>>h ( = /2)

02Q

Fz

h

Q

zR

Nie zależy od odległości!

W granicy bardzo małego promienia R<<h ( = R/h)

2

0

2

4 hRQ

Fz

Prawo Coulomba!


Równowaga ładunkowa w przyrodzie

Ładunki w doświadczeniach elektrostatycznych rzędu 10-7 C

Liczba elektronów rzędu liczby AvogadryNA = 61023

Ładunek całkowity mola elektronów NA e = 61023 1.6 10-19 C 105 C

Neutralność z dokładnością do 12 rzędów!

A gdyby ją silnie zaburzyć?


Eksplozja kulombowskaCoulomb explosion

http://www.mpi-hd.mpg.de/ato/jb98_html/node18.html

Elektryczno ść i Magnetyzm

Documents

Transcript of Elektryczno ść i Magnetyzm