slide1 n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Pole elektryczne PowerPoint Presentation
Download Presentation
Pole elektryczne

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 21

Pole elektryczne - PowerPoint PPT Presentation


  • 121 Views
  • Uploaded on

Pole grawitacyjne. Pole elektryczne. Siła. WYKŁAD BEZ RYSUNKÓW. Natężenie. Energia potencjalna. Potencjał. Siły zachowawcze: Wartość pracy W AB nie zależy od wyboru drogi między punktami A i B. Pojemność elektryczna.

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Pole elektryczne' - mikaia


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
slide1

Pole grawitacyjne

Pole elektryczne

Siła

WYKŁAD BEZ RYSUNKÓW

Natężenie

Energia potencjalna

Potencjał

Siły zachowawcze: Wartość pracy WAB nie zależy od wyboru drogi między punktami A i B

slide2

Pojemność elektryczna

Kondensator płaski: dwie płytki o jednakowych rozmiarach ustawione równolegle do siebie w odległości d, naładowane ładunkiem na okładkach Q oraz -Q

Pojemnością elektryczną C nazywamy stosunek ładunku kondensatora do napięcia między okładkami

Pojemność kondensatora płaskiego:

S – powierzchnia okładek kondensatora

Pojemność kondensatora zależy od  ośrodka wypełniającego przestrzeń miedzy okładkami

Łączenie kondensatorów:

szeregowe

równoległe

slide3

INFORMATYKA

Plan wykładu

ELEMENTY ELEKTRYCZNOŚCI

  • Prąd elektryczny: prawo Ohma, siła elektromotoryczna, prawa Kirchhoffa dla obwodów
  • Wektor indukcji magnetycznej – siła Lorentza
  • Działanie pola magnetycznego na przewodnik
  • i obwód z prądem
  • Prawo Ampere’a
  • Prawo Gaussa dla pola magnetycznego
  • Prawo indukcji Faradaya
  • Drgania w obwodzie LC
  • Równanie drgań elektrycznych
  • Równania Maxwella
slide4

Prąd elektryczny – natężenie i gęstość prądu

Prąd elektryczny jest uporządkowanym ruchem ładunków wywołanym działaniem pola – ładunki są przenoszone za pośrednictwem nośników ładunku(elektrony, jony, dziury)

Za umowny kierunek prądu przyjmuje się kierunek ruchu nośników dodatnich

Natężeniem prądu I nazywamy stosunek ładunku Q przepływającego przez dany przekrój poprzeczny S przewodnika do czasu przepływu t tego ładunku

Średnie natężenie prądu:

Natężenie chwilowe:

Gęstością prądu j nazywamy natężenie prądu przypadające na jednostkę powierzchni:

slide5

Opór elektryczny. Prawo Ohma

Jeżeli do końców przewodnika doprowadzimy napięcie U, to

w przewodniku przepłynie prąd o natężeniu I:

Oporem elektrycznym nazywamy iloraz:

Prawo Ohma:

Stosunek napięcia między dwoma punktami przewodnika do natężenia przepływającego przezeń prądu jest wielkością stałą i nie zależy ani od napięcia, ani od natężenia prądu

Natężenie prądu jest wprost proporcjonalne do przyłożonego napięcia:

Prawo Ohma jest słuszne dla przewodnika w stałej temperaturze

Zależność oporu od temperatury:

R0 – opór w temperaturze odniesienia

T0 (zwykle 273K)

 – temperaturowy współczynnik oporu

slide6

Odstępstwa od prawa Ohma

Przewodnik miedziany spełniający prawo Ohma

  • Przy bardzo wielkich gęstościach prądu
  • prawo Ohma może nie być spełnione
  • Elementy elektroniczne: diody, tranzystory,
  • termistory, tyrystory, itp. mogą nie spełniać
  • prawa Ohma

Element elektroniczny (termistor) nie spełniający prawa Ohma

Przewodnik nie spełniający prawa Ohma ( lampa próżniowa 2A3)

Prawo Ohma stosuje się do wszystkich ciał jednorodnych i izotropowych przy niewielkich napięciach i natężeniach prądu

slide7

Opór właściwy

Opór R danego przewodnika zależy od jego wymiarów:

l – długość przewodnika

S – przekrój poprzeczny

Współczynnik  charakteryzuje elektryczne własności materiału – to jest opór właściwy (jednostka: Ω·m)

Odwrotność oporu nazywamy przewodnością

Odwrotność oporu właściwego nazywamy przewodnością właściwą 

Natężenie pola elektrycznego a gęstość prądu:

j jest wektorem gęstości prądu o zwrocie i kierunku wektora pola E

To jest inna postać prawa Ohma

slide8

Własności elektryczne ciał stałych

Ciała stałe dzielimy ze względu na wartość oporu/przewodnictwa elektrycznego na:

przewodniki ( 10-6 cm)

półprzewodniki (od  10-2 do 109cm)

izolatory (1014 do 1022cm)

Opór mierzony w temperaturze pokojowej

Przewodnictwo ciał stałych

slide9

Prawo Ohma

Siła elektromotoryczna

Aby wytworzyć w przewodniku trwały prąd, należy podtrzymywać na jego końcach określone napięcie  źródła prądu

Źródło prądu charakteryzują dwie wielkości: siła elektromotoryczna ℇ

i opór wewnętrzny Rw

Obwód zamknięty zawierający źródło siły ℇ o oporze Rw, opór zewnętrzny Rz, woltomierz o oporze Rv =  i amperomierz o oporze RA = 0

Amperomierz mierzy natężenie prądu płynącego przez Rzi źródło prądu

Woltomierz mierzy napięcie na zaciskach źródła UAB

Spadek napięcia na oporze wewnętrznym źródła: U=IRw

Napięcie na zaciskach źródła Uz:

Uz = ℇ–IRw

Uz = ℇ, gdy I = 0

Siłą elektromotoryczną (SEM) źródła prądu ℇ nazywamy napięcie na zaciskach źródła otwartego

slide10

ℇ = I(Rz+ Rw)

Prawo Ohma

To jest prawo Ohma dla obwodu zamkniętego

Prawo Ohma dla obwodu zamkniętego

Aby znaleźć natężenie prądu w obwodzie zamkniętym trzeba skorzystać z równania:

Uz = ℇ− IRw ℇ = Uz+ IRw

Zgodnie z definicją oporu:

Uz =IRz

ℇ = Uz+ IRw = IRz+ IRw = I(Rz+ Rw)

slide11

Łączenie oporów

Rozróżniamy połączenie szeregowe oraz równoległe

Połączenie szeregowe: napięcia na opornikach sumują się, a natężenie prądu jest takie samo:

Opór wypadkowy (zastępczy):

Połączenie równoległe: napięcia na wszystkich opornikach są takie same, a natężenia prądu sumują się:

Opór wypadkowy (zastępczy) wyraża się wzorem:

slide12

Wzory:

Praca i moc prądu

Rozważmy obwód zawierający źródło prądu połączone z dowolnym odbiornikiem energii elektrycznej (grzejnik, telewizor, itp.)

U – napięcie na odbiorniku

I – natężenie prądu płynącego przez odbiornik

Praca przeniesienia ładunku dq od punktu A do punktu B:

Moc prądu:

Praca prądu:

W przypadku prądu stałego (U=const; I=const):

Prąd stały

slide13

Prawa Kirchhoffa dla obwodów

Węzłem obwodu (punktem rozgałęzienia) nazywamy punkt, w którym łączy się pewna liczba gałęzi obwodu, np. punkty b i d

Natężenia prądów wpływających do węzła uważamy za dodatnie, wypływających z węzła za ujemne

Pierwsze prawo Kirchhoffa:

W dowolnym węźle obwodu suma algebraiczna natężeń prądów wpływających i wypływających do węzła równa się zeru  zasada zachowania ładunku

Węzeł d: prądy i1 i i3 wpływają do węzła, prąd i2 wypływa

slide14

Drugie prawo Kirchhoffa

W dowolnym oczku obwodu suma algebraiczna wszystkich sił elektromotorycznych i spadków napięć jest równa zeru

Praca sił elektrycznych na drodze zamkniętej jest równa zeru  zasada zachowania energii

Drugie prawo Kirchhoffa

Oczkiem obwodu nazywamy dowolną zamkniętą część obwodu lub cały obwód

W oczku obieramy jakiś kierunek obiegu; jeżeli SEM ma kierunek zgodny z przyjętym obiegiem, to przypisujemy znak +, w przeciwnym razie znak –

Spadek napięcia IR przyjmujemy za dodatni, jeżeli kierunek prądu jest przeciwny do przyjętego obiegu, a za ujemny, jeżeli jest zgodny

slide15

Wektor indukcji magnetycznej

W pobliżu ciała namagnesowanego lub przewodnika z prądem elektrycznym działają siły magnetyczne, inne niż grawitacyjne i elektryczne  pole magnetyczne

Zał.: w polu magnetycznym ładunek q0 porusza się z prędkością v; pole działa na ładunek siłą F

W przestrzeni istnieje pole magnetyczne o indukcji B, jeżeli na ładunek próbny q0, poruszający się w tej przestrzeni z prędkością v działa siła F wyrażona wzorem:

F = q0(v B)

Wzór Lorentza

Wartość bezwzględna siły wynosi:

F = q0vB sin

gdzie  - kąt między vi B

Wartość siły jest maksymalna, gdy v B

Siła F = 0, gdy v  B

slide16

Pole grawitacyjne

Pole elektryczne

Pole magnetyczne

Siła Newtona

Siła Coulomba

Siła Lorentza

F = q0(v  B)

q0 – ładunek próbny stacjonarny; to pole E=F/q0 „zmusza” go do ruchu

q0 – ładunek próbny porusza się z prędkością v w polu B; jeśli jest nieruchomy to siła F=0 i pole B nie działa na niego

slide17

Działanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem

  • Zał.:parametry prostoliniowego przewodnika:
  • długość l
  • przekrój S
  • koncentracjaelektronów n
  • prędkość elektronów v

Objętość przewodnika: S·l

Liczba elektronów w przewodniku: N = nV = n·S·l

Q = eN

Droga, jaką przebędą elektrony: l = vt  t = l/v

Natężenie prądu w przewodniku: I = Q/t

Na każdy elektron działa siła Lorentza Fe = evBsin

Wypadkowa siładziałająca na przewodnik:F = NFe = nSl·evBsin

F = enSv·lBsin = I·l·Bsin

Siła działająca na przewodnik:

l - wektor o kierunku i zwrocie płynącego prądu i długości przewodnika

F = I(l  B)

W zapisie wektorowym:

Pole magnetyczne wywiera siłę na przewodnik, w którym płynie prąd (uporządkowany ruch ładunków)

slide18

F1

S

B

×

Położenie równowagi dla ramki – gdy ramka ustawiona

 do wektora indukcji B, czyli gdy S  B

M

 =0  M=0

F2

Ładunek q0

Obwód z prądem

Przewód z prądem

Działanie pola magnetycznego na obwód z prądem

Rozważmy działanie pola mgt. na zamknięty obwód prostokątny

Pole magnetyczne B działa na zamknięty obwód o powierzchni S momentem skręcającym M:

S – zorientowany wektor powierzchni, tzn. wektor  do płaszczyzny obwodu o wartości = polu powierzchni tego obwodu

Momentem magnetycznym (dipolowym) obwodu nazywamy wyrażenie:

Obwód z prądem można traktować jako dipol magnetyczny

 = IS

Moment siły można wyrazić poprzez moment magnetyczny 

Słuszny dla obwodów dowolnego kształtu

wektorowo:

slide19

Linie pola mgt., wytwarzanego przez przewodnik z prądem są okręgami – linie pola są zamknięte

Linie sił pola elektrycznego zaczynają się i kończą na ładunkach

µ0 – przenikalność mgt. próżni

µr – względna przenikalność mgt.

Pole magnetyczne przewodnika z prądem

Przewodnik, przez który płynie prąd jest źródłem pola magnetycznego !

Fundamentalna różnica pomiędzy polami magnetycznym a elektrycznym!

Wartość indukcji magnetycznejB w otoczeniu prostolinio-

wego przewodnika:

Prawo Ampere’a dla przewodnika prostoliniowego

 - przenikalność magnetyczna (to nie jest moment mgt.ramki!)

Przenikalność magnetyczna ośrodków materialnych:

slide20

Prawo Biota-Savarta

Natężenie pola magnetycznego H też określa pole magnetyczne:

Przewodnik prostoliniowy

Wyrażenie można zapisać jako:

Natężenie pola magnetycznego H wytworzonego przez prąd nie zależy od ośrodka

Zał: prąd płynie przez przewodnik o bardziej skomplikowanym kształcie  dzielimy przewodnik na małe kawałki dl i obliczamy pole dH  prawo Biota-Savarta

Prawo Biota-Savarta:

Przewodnik krzywoliniowy

Prawo Ampere’a:

Przewodnik prostoliniowy

Natężenie pola mgt. H w dowolnym punkcie P jest sumą dHwytworzonych przez elementy długości przewodnikadl

slide21

/·(2r)

Prawo Ampere’a – postać ogólna

Prawo Ampere’a dla przewodnika prostoliniowego:

2r – długość okręgu o promieniu r

2r·H = I

Długość okręgu  pole magnetyczne – można to zapisać inaczej w postaci całki krzywoliniowej:

Drogą całkowania jest dowolny okręg o promieniu r; wektor H jest styczny do tego okręgu w każdym punkcie i ma stałą wartość

Otrzymamy:

to jest prawo Ampere’a w postaci ogólnej

def.

cyrkulacja wektora H

Cyrkulacja wektora H wzdłuż linii pola magnetycznego, wytwarzanego przez przewodnik z prądem, jest równa natężeniu prądu płynącego w przewodniku