Post on 02-Jan-2016
description
transcript
Fizică GeneralăCurs 9
1
2
Electricitate
Introducere Se pot distinge 3 regimuri:
◦ Sarcinile el. sunt în repaus – electrostatica
◦ Sarcinile el. sunt în mișcare uniformă – electrocinetica
◦ Sarcinile elec. sunt în mișcare variată – regimul variabil
3
ELECTROSTATICA Proprietătile sarcinii electrice:
◦ exista doua tipuri de sarcini: pozitiva si negativa (neutralitatea materiei);
◦ sarcina se conserva: suma algebrica a sarcinilor oricarui sistem izolat este constanta
◦ sarcina este cuantificata: q = ±n e unde n = 1, 2, 3…
constqqizolatsistii .,,
4
ELECTROSTATICA Legea lui Coulomb, rezuma urmatoarele concluzii
experimentale:◦ sarcinile de acelasi semn se resping (F > 0), sarcinile de semn diferit se
atrag (F < 0); ◦ forta de interactiune actioneaza in lungul dreptei ce uneste sarcinile;◦ forta este proportionala cu marimea sarcinilor;◦ forta este invers proportionala cu patratul distantei dintre sarcini, fiind o
forta centrala. Expresia matematica a legii lui Coulomb este:
unde constanta k depinde de sistemul de unităti de masura adoptat:
cu si
ε0 permitivitatea absoluta a vidului, se exprima in mod curent in F m-1.
[q]SI =1C
12312
21 rr
qqkF
41
k r 0 2121290 1085,8
1094
1CNm
5
Câmpul electric Câmpul electric – forma de existență a
materiei din jurul unei sarcini electrice, ce se manifestă prin forțe electrice.
Intensitatea câmpului electric (E): este egală cu forța ce acționează asupra unitătii de sarcina de proba q0:
cu r=distanta de la sarcina q generatoare de câmp până în punctul în care se determină E
rr
q
q
FE
3
00
0
4
1
6
Câmpul electric liniile de câmp electric= curbele tangente
în orice punct la vectorul intensitatea câmpului electric. ◦ Liniile de câmp electric încep întotdeauna pe
sarcina pozitiva și se termină pe sarcina negativă;
◦ Liniile de câmp sunt curbe deschise, ele nu se intersecteaza niciodata.
7
Câmpul electric poate fi:◦ Omogen - daca liniile de câmp sunt paralele si
echidistante (ex.: intre doua placi plane, paralele si infinite incarcate cu sarcini diferite ca semn).
◦ Neomogen (ex.: câmpul creat de o sarcina punctiforma, un dipol)
Câmpul E poate fi descris prin:◦ Vectorul intensitate E (cantitativ)◦ Potentialul electric (cantitativ)◦ Liniile de camp (calitativ)
8
9
Fluxul electric.
Se SdE
10
Legea lui Gauss Fluxul câmpului electric printr-o suprafață închisă
este egal cu raportul dintre sarcina q din interiorul acesteia și 0.
Considerăm cazurile
Se observă că: a) , numărul liniilor care intră fiind egal cu a celor
care ies; fluxurile se anuleaza reciproc în acest caz. b) , toate liniile de câmp ies din suprafață.
S
intqSdE0
0total
0total
11
Legea lui Gauss Dacă în legea lui Gauss considerăm distribuția
volumică de sarcină =>
=> legea lui Gauss în formă diferențială poate fi scrisă sub forma:
Ecuația arată că în toate punctele din spațiu în care nu există sarcini electrice, divergența câmpului este nulă.
VS
dVrSdE
0
1
VV
dVrdVEdiv
0
1
0
Ediv
12
13
Potențialul electric într-un punct al unui câmp electric se defineste ca fiind lucrul mecanic efectuat pentru deplasarea unei sarcini de probă de 1C din acel punct la infinit.
14
Potențialul electric
r
qrdEr
r
04
VSI C
JV
1
11
Potențialul electric
Astfel putem determina intensitatea cp. electric atunci când cunoaștem potențialul electric.
r
qrdEr
r
04
kdz
dj
dy
di
dx
d
dz
dE
dy
dE
dx
dE
dzEdyEdxErdErd
zyx
zyx
grad
;;;
gradE
15
=>
Substanța în câmp electric Trebuie considerata prezenţa materiei în câmpul electric?
Experienţele =>comportament diferit al substantelor in câmp electric (în funcţie de natura substanţei)
=> Clasificarea substanţelor în două clase mari:
◦ Conductoare (apar prop. electrice in 10-6s – practic instantaneu)
◦ Izolatoare (se incarca greu dar raman un timp indelungat in starea de încărcare electrică)
◦ +semiconductoare.
16
Corpuri conductoare în câmp electrostatic
Conductoare:◦1. metalele şi aliajele – conductoare
tipice, de clasa I conducţia electrică este asigurată de prezenţa
electronilor liberi, care se deplasează instantaneu în reţea.
◦2. conductorii electrolitici şi gazele în condiţiile unei descărcări electrice – conductoare de clasa II. conducţia este asigurată prin ionii pozitivi şi
negativi.
17
Corpuri conductoare în câmp electrostatic
În interiorul corpurilor conductoare (metalice) intensitatea câmpului electric este nulă, ca urmare potențialul este constant
pt. conductoare de clasa I
La introducerea unui conductor în câmp sarcinile proprii ale corpului se redistribuie instantaneu într-un asemenea mod încât câmpul interior apărut să compenseze câmpul aplicat din exterior (ecranarea)
const
E
0
+
+
++++
++
++++++ +
+
18
Corpuri conductoare în câmp electrostatic
Intensitatea cp. electric este data de teorema lui Coulomb. Pe un corp conductor:
Prezența sarcinilor electrice pe corpurile conductoare determină o presiune electrică:
unde intensitatea câmpului electric s-a înlocuit cu ca medie a câmpului exterior şi interior (nul).
0
E dSqd
0
20
2
2
dS
dS
dS
Eqd
dS
dFp
02/ 0/
0
0
dS
dq
dS
dE
cu densitatea superficiala de sarcina
19
Efectul de vârf
Densitățile superficiale pe o suprafață metalică cu forma neregulată se află în raport invers cu raportul razelor de curbură◦ Ex. paratrăsnetul legat la pământ◦ ◦ Repartiția diferită a sarcinilor pe corpuri cu geometrie
variabilă (vârfuri) poartă denumirea de efect de vârf
rR
R
rrR
rR
rR
rR
r
RrR
r
r
R
R
S
Q
r
q
R
Q
0
2
0
2
00
4
4
4
4
;44
20
Efectul de vârf
21