2. колоквијум

1. 2. колоквијум • 16.1.2009. године, од 9.00 Физика, 2008 Љубиша Нешић

2. ФИЗИКАЧас број 14 Понедељак, 22. децембар, 2008 • Електростатика Физика, 2008 Љубиша Нешић

3. Електростатика - посматрања • Област физике • Проучава интеракције између наелектрисаних тела која мирују • Талес (из Милета), 590. г.п.н.е. • Ткачки радници приметили да ћилибар (врста смоле), протрљан вуненом крпом или крзном привлачи парчиће папира, длаке косе, ... • 2000 година није НИШТА урађено • 1600. енглески лекар Џилберт – и друга тела показују сличне особине-стакло протрљано свилом. електричне појаве – (електрон=ћилибар), тела =наелектрисана тела, сила=електрична сила • Наелектрисана тела поседују наелектрисање и оно је узрок електричних појава. • До 1820 одвојено од магнетних (Ерстед нашао везу) Физика, 2008 Љубиша Нешић

4. Две врсте електрицитета • 18. век, Бенџамин Френклин – постоје две врсте наелектрисања “–,+”. На стакленој шипци протрљаној свилом јавља се “+” (позитивно) наелектрисање, на пластичној шипци протрљаној вуном названо је “-” (негативно) Физика, 2008 Љубиша Нешић

5. Већина тела у природи је електронеутрална • Степен наелектрисаности се одређује електроскопом Физика, 2008 Љубиша Нешић

6. Електроскоп Проводник Изолатор Метални листићи Физика, 2008 Љубиша Нешић

7. Физика, 2008 Љубиша Нешић

8. Електростатика – објашњење на атомском нивоу • Грчка рече за ћилибар је “електрон”. • Наелектрисање електрона (e – покретна “мала” честица)је најмање могуће наелектрисање (Robert Millikan, 1909) • наелектрисано тело може да поседује само цео број основних јединица наелектрисања (1е, 2е, ...) • Наелектрисање протона (p) је супротно по знаку од наелектрисања електрона. (+ “робустна” честица) • Електрон је негативно а протон позитивно наелектрисан. • Количина наелектрисања (у изолованом систему) се не мења • Неутрални објекти/тела имају једнак број позитивних и негативних наелектрисања • Атом је у целини електронеутралан. Физика, 2008 Љубиша Нешић

9. v~106m/s r~10-9m Физика, 2008 Љубиша Нешић

10. Електростатика – објашњење на атомском нивоу Износи масе и нелектрисања електрона су били непознати све до краја 19 века. 1C (Coulomb=Кулон)= 6.25 x 1018електрона. Неутрони нису наелектрисани Физика, 2008 Љубиша Нешић

11. Електростатика – објашњење на атомском нивоу • Атом са вишком/мањком електрона је ЈОН. • Усмерено кретање електрона (носиоца електрицитета) чини електричну струју • према особини да проводе струју супстанце делимо на: проводнике, полупроводнике и изолаторе/диелектрике Физика, 2008 Љубиша Нешић

12. Изолатори (стакло, порцелан, сумпор, ебонит, каучук, лискун, парафин, алкохол, уља, ...) – нема слободног електрона – сви су везани за језгра • Проводници: метали – у просеку 1 електрон по атому је “слободан” да се креће кроз метал (језгра остају са (Z-1) електроном (Z-редни број атома, број електрона у омотачу, број протона у језгру)) • Полупроводници: између проводника и изолатора,. Мали број електрона је слободан, али може да се повећа загревањем, применом јаких поља, ... • Суперпроводници: материјали кроз које електрони струје без икаквог отпора. Постоји на веома ниским температурама. Магнетна левитација је једна примена Физика, 2008 Љубиша Нешић

13. Проводник: материјал кроз који протиче (електрична) струја уз врло мали отпор • Метали су обично добри проводници • Изолатор – материјал који пружа јако велики отпор протоку наелектрисања кроз њега • Изолатори су углавном неметали • Не дозвољавају својим електронима да постану “слободни” и да се слободно крећу унутар материјала Физика, 2008 Љубиша Нешић

14. Изолатори - ковалентне везе Физика, 2008 Љубиша Нешић

15. Како наелектрисати тело? • Трењем - провођењем • поларизацијом? (и даље је неутрално али су раздвојeна наелектрисања) • индукцијом H2O су поларни молекули Физика, 2008 Љубиша Нешић

16. Налектрисање индукцијом Налектрисање провођењем Физика, 2008 Љубиша Нешић

17. Поларизација Иако је папир и даље електронеутралан, он је поларисан, (-) наелектрисања су ближа а (+) су даља. То значи да је привлачна сила већа од одбојне Физика, 2008 Љубиша Нешић

18. Поларизација Физика, 2008 Љубиша Нешић

19. Негативно наелектрисање на доњим слојевима облака изазива гомилање позитивног налектрисања на површини земље • Електрично пражњење, гром : наелектрисања струје кроз јонизован ваздух. (У случају да је разлика у количини наелектрисања довољно велика.) ++++++ - - - - - - - • 1752 у експерименту са змајем Бенџамин Френклин је објаснио појаву грома. • Показао је да су електрична варница и муња у суштини исте појаве: направио је змаја са шиљком, везао га канапом, подигао у ваздух пре непогоде са грмљавином, када је пала киша навлажио се канап (и постао проводник) и из кључева на крају канапа искакале су велике варнице Физика, 2008 Љубиша Нешић

20. “Је ли то био електрицитет?” Физика, 2008 Љубиша Нешић

21. Расподела наелектрисања у проводнику Пошто се истоимена наелектрисања одбијају, слободна наелектрисања се расподељују по површини проводника, што је могуће даље једна од других… Унутар наелектрисаног проводника нема , слободнихнаелектрисања, он служи као “штит” – Фарадејев кавез Физика, 2008 Љубиша Нешић

22. Фарадејев кавез – радио у “кавезу” не ради јер он не пропушта електромагнетне таласе Физика, 2008 Љубиша Нешић

23. Метална лопта Тело са шиљком (громобрани) Расподела наелектрисања Физика, 2008 Љубиша Нешић

24. Громобран • Метална шипка повезана са земљом помоћу дебље проводне жице • На врху шипке је шиљак који се наелектрише (индукцијом) под дејством наелектрисања облака • Изузетно јако поље јонизује ваздух између облака и шиљка • За врло кратко време наелектрисање се са облака пренесе кроз јонизовани ваздух на шиљак, па кроз шипку и жицу оде у земљу (процес преношења наелектрисања кроз ваздух се зове пражњење, праћен је снажним бљеском – то је муња, грмљавина је звучни ефекат који настаје због загревања и ширења ваздуха око џиновске варнице која је настала). • Громобран дакле преузима наелектрисање облака и спроводи га у земљу – тако нема опасности да облаци прекомерно наелектришу објекте у близини громобрана. Физика, 2008 Љубиша Нешић

25. Кулонов закон • Француски физичар, вршио експерименте са торзионом вагом. Показао да за два наелектрисана тела • Вектор силе лежи на правој која пролази кроз та тела (сила је централна) • обрнуто је пропорционална квадрату растојања честица,F ~ 1/r 2 • директно пропорционална углу упредања нити, тј. наелектрисању, F ~ a, a~q: Charles Augustin de Coulomb (1736-1806) Физика, 2008 Љубиша Нешић

26. Из 3. Њутновог закона F21= F12 , F~q1q2 Кулонов закон F 21~ q1 F 12~ q2 Физика, 2008 Љубиша Нешић

27. Кулонов закон Физика, 2008 Љубиша Нешић

28. Принцип суперпозиције Физика, 2008 Љубиша Нешић

29. Електростатичка и гравитациона сила Физика, 2008 Љубиша Нешић

30. Много је јача од гравитационе!!! Електрична сила Физика, 2008 Љубиша Нешић

31. Физика, 2008 Љубиша Нешић

32. Физика, 2008 Љубиша Нешић

33. Електрично поље Ако постоје силе између 2 наелектрисања, да ли долази до промене особина простора ако постоји само једно наелектрисање? ДА. Око тела се ствара електрично поље. Физика, 2008 Љубиша Нешић

34. Електрично поље Електрично поље Eу одређеној тачки је једнако електростатичкој сили која у њој делује по јединици “пробног” наелектрисање q0. Електрично поље је векторска величина.Јединица је N/C Физика, 2008 Љубиша Нешић

35. Линије електричног поља • Линије електричног поља : • Смер је у смеру E у свакој тачки. E је тангента на линију. • Почињу од (+) или бесконачности и имају крај у (-) или бесконачности • Број линија је пропорционалан јачини електричног поља • За хомогено поље, линије су паралелне и на једнаким растојањима Физика, 2008 Љубиша Нешић

36. “-” тачкасто наелектрисање “+” тачкасто наелектрисање + - • Линије поља су • Усмерене радијално од наелектрисање • Централно симетричне у односу на наелектрисање • Растојање суседних линија расте са повећањем растојања од наелектрисања (поље постаје слабије) • Линије поља су • …… • …… • …… Физика, 2008 Љубиша Нешић

37. + + Eлектрично поље два позитивна тачкаста наелектрисања Физика, 2008 Љубиша Нешић

38. + - Eлектрично поље једног позитивног и једног негативног тачкастог наелектрисања Физика, 2008 Љубиша Нешић

39. Електрично поље за велику “+” равномерно наелектрисану плочу + + + + + + + + + + + + + + + • Линије поља су • праве • Под правим углом усмерене према споља • Простор између суседних је константат (поље је констатно тј. униформно) Физика, 2008 Љубиша Нешић

40. Електрично поље велике “-” равномерно наелектрисане плоче - - - - - - - - - - - - - - - Физика, 2008 Љубиша Нешић

41. + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Електрично поље пара паралелних супротно наелектрисаних плоча Физика, 2008 Љубиша Нешић

42. + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - - - - - - - - Физика, 2008 Љубиша Нешић

43. Линије електричног поља Физика, 2008 Љубиша Нешић

44. Линије електричног поља привлачење привлачење одбијање Физика, 2008 Љубиша Нешић

45. Рад сила електричног поља • При померању наелектрисања врши се рад (на рачун промене потенцијалне енергије мења се кинетичка, ...) • Електрично поље врши рад уколико се наелектрисање помера дуж линија сила (за + наелектрисање), уколико се помера у супротном смеру онда мора да се уложи рад. Физика, 2008 Љубиша Нешић

46. Рад сила електричног поља Рад не зависи од облика путање Зависи само од почетног и крајњег положаја За затворене путање рад је једнак нули Електростатичка сила је конзервативна Физика, 2008 Љубиша Нешић

47. Електростатичка потенцијална енергија • Изолован систем, рад је једнак разлици енергија • Позитивна за истоимена наелектрисања • Негативна за разноимена • Када растојање тежи бесконачности, потенцијална енергија тежи нули Физика, 2008 Љубиша Нешић

48. Електрични потенцијал и напон Електрични потенцијал, јединица 1V(olt) • Потенцијална енергија наелектрисања qo у пољу које ствара наелектрисање q. За различита пробна наелектрисања је енергија различита али је исти однос • Разлика потенцијала између две тачке је напон Физика, 2008 Љубиша Нешић

49. Електрични потенцијал тачкастог наелектрисања • Испрекидане линије - еквипотенцијалне Физика, 2008 Љубиша Нешић

50. Нервне ћелије Преношење нервног сигнала је уствари промена разлике потенцијала кроз ћелијску мембрану Физика, 2008 Љубиша Нешић