FIZYKA 3
O ELEKTRYCZNOŚCI STATYCZNEJ
I ELEKTRYZOWANIE CIAŁ PRZEZ TARCIE:
Jednym ze sposobów elektryzowania ciał jest ich wzajemne pocieranie
Istnieją dwa rodzaje ładunków: szkło elektryzuje się dodatnio, a rura PCV ujemnie
Elektryzowanie przez pocieranie polega na przejściu elektronów z jednego ciała do drugiego; to ciało które traci elektrony, elektryzuje się dodatnio, a ciało które je przyjmuje, ujemnie - całkowity ładunek układu tych ciał nie zmienia się
Jednostką ładunku w SI je 1 Kolumb (1C) ~ 6,25*1018 elektronów
* Zasada działania kserokopiarki:
Kopiowanie elementów polega na utworzeniu na aluminiowym wałku (pokrytym selenem) elektrycznego obrazu kopiowanego dokumentu. Wałek elektryzuje się dodatnio w miejscach ciemnych dokumentu. Do tych punktów bębna przyklejają się naelektryzowane ujemnie cząsteczki specjalnej substancji, zwanej tonerem. W taki sposób na wałku powstaje obraz oryginału. Cała powierzchnia papieru, na którym chcemy wykonać kopię, jest najpierw elektryzowana dodatnio. Papier dociśnięty do aluminiowego wałka zbiera ujemnie naładowane cząsteczki tonera. Na końcu procesu kopiowania papier poddany jest działaniu wysokiej temperatury. Zawarta w tonerze żywica topi się i wnika we włókna papieru. I tak powstaje kopia
* Zasada działania elektrofiltrów:
Elektrofiltry stosowane są do oczyszczania gazów z pyłów. Filtr elektrostatyczny składa się z dmuchawy, która kieruje zanieczyszczenia na układ siatek: 1- pokryta odpowiednim materiałem, zatrzymuje największe zanieczyszczenia; 2i3- siatki są naelektryzowane ładunkami przeciwnego znaku (przechodząc przez siatkę naelektryzowaną dodatnio, cząsteczki zanieczyszczeń przekazują jej część elektronów, przez co pozostają tylko cząsteczki naelektryzowane dodatnio; a przechodząc przez siatkę naelektryzowaną ujemnie, są przez nią przyciągnięte i osiadają na niej); 4- filtr z węgla aktywnego, pochłania pozostałe drobne zanieczyszczenia
II SIŁY WZAJEMNEGO ODDZIAŁYWANIA CIAŁ - PRAWO COULOMBA
Dwa jednoimienne naelektryzowane ciała odpychają się, a naelektryzowane różnoimienne przyciągają się; takie oddziaływanie ciał naelektryzowanych nazywamy oddziaływaniem elektrycznym; występujące przy tym siły nazywamy siłami elektrycznymi
Prawo Coulomba: Wartość siły wzajemnego oddziaływania naelektryzowanych kul umieszczonych w pewnej odległości od siebie jest wprostproporcjonalna do iloczynu wartości ładunków zgromadzonych na kulach i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między ich środkami
F - wartość siły wzajemnego oddziaływania
k - współczynnik proporcjonalności, zależy od środowiska
q1, q2 - ładunki zgromadzone na powierzchni kul
r - odległość między środkami kul
III PRZEWODNIKI I IZOLATORY
Przewodniki to ciała, w których ładunki elektryczne przenoszone są łatwo z miejsca na miejsce; zaliczamy do nich:
- metale (które w swoim wnętrzu posiadają elektrony swobodne - złoto, srebro, miedź, aluminium)
- grafit
- ciecze zwane elektrolitami (wodne roztwory kwasów i soli)
- ciała organizmów żywych (zawierają elektrolity)
- zjonizowane gazy
Ciała pozbawione elektronów swobodnych lub innych nośników ładunku (jonów dodatnich czy ujemnych), które mogą się swobodnie poruszać w ich wnętrzu, nazywamy izolatorami; izolatory nie przenoszą ładunków elektrycznych; zaliczamy do nich: PCV, szkło, porcelanę, papier, gips; elektryzuje się jedynie ta jego część zewnętrzna, która w czasie pocierania styka się z drugim ciałem
Cząsteczki naładowane, które wewnątrz przewodników mogą się swobodnie poruszać, nazywamy nośnikami ładunku elektrycznego:
- w metalach i graficie - elektrony swobodne
- w elektrolitach - jony dodatnie i ujemne
- w zjonizowanych gazach - jony dodatnie i ujemne oraz elektrony swobodne
IV ZJAWISKO INDUKCJI ELEKTROSTATYCZNEJ
Elektryzowanie ciała przez indukcję (zbliżenie) polega na przemieszczeniu się w jego wnętrzu elektronów swobodnych pod wpływem ładunku zbliżonego ciała naelektryzowanego
Zbliżenie ciała naelektryzowanego do izolatora powoduje jego polaryzację elektryczną
* Powstanie pioruna:
W wyniku wzajemnego tarcia cząsteczek wody tworzących chmurę następuje naelektryzowanie się chmury. Ładunek ten oddziałuje na będącą przewodnikiem ziemię. Na jej powierzchni i powierzchni budynków w wyniku zjawiska indykcji gromadzi się ładunek przeciwnego znaku niż ładunek chmury. W pewnych momentach może nastąpić gwałtowny, bardzo krótki przepływ ładunku między chmurą a ziemią, któremu towarzyszy błyskawica
* Zasada działania piorunochronu:
Piorunochrony to metalowa sieć, której końce są uziemione (połączone z ziemią). W czasie burzy, w wyniku zjawiska indukcji elektrostatyczne, elektryzują się tylko przewody metalowe - po tych przewodach spływa do ziemi ładunek wytworzony w czasie wyładowania, a znajdujący się wewnątrz obiekt jest całkowicie bezpieczny
Doświadczenia:
- walec z folią + naelektryzowane PCV = w metalu są ładunki dodatnie (stałe) i ujemne (ruchome) - laska elektryzuje się ujemnie, a w metalu cząsteczki ujemne uciekają do tyłu, wypychając tym samym dodatnie do przodu - następuje przyciąganie
- balonik + naelektryzowana linijka = guma jest izolatorem i nie ma w niej elektronów swobodnych; pod wpływem naelektryzowanej linijki, w izolatorach następuje wypchnięcie cząsteczek dodatnich do przodu i ucieczka ujemnych do tyłu - jądro przestaje być wtedy centralną częścią atomu i tworzy się dipol, który z jednej strony naelektryzowany jest dodatnio, a z drugiej ujemnie
V ELEKTROSKOP - ELEKTRYZOWANIE CIAŁ PRZEZ DOTKNIĘCIE CIAŁEM NAELEKTRYZOWANYM
Elektryzowanie ciała może nastąpić również przez dotkniecie tego ciała innym ciałem naelektryzowanym; w układnie “ciało naelektryzowane - ciało naelektryzowane” następuje trwałe przemieszczenie elektronów z jednego ciała do drugiego; w efekcie oba ciała są naelektryzowane ładunkiem tego samego znaku
W układzie ciał izolowanych elektrycznie od otoczenia całkowity ładunek (suma ładunków dodatnich i ujemnych) nie ulega zmianie; ładunek może jedynie przemieszczać się z jednego ciała do innego ciała = zasada zachowania ładunku
VI POLE ELEKTROSTATYCZNE
Obszar wokół ciała naelektryzowanego ma specjalne własności: na każde inne ciało naelektryzowane (na ładunki) działa w tym obszarze siła elektryczna; mówimy, że ciało naelektryzowane wytwarza wokół siebie pole elektrostatyczne i jest jego źródłem
Wartość siły elektrostatycznej jest tym większa im:
- silniejsze jest pole, w którym umieszczono dany ładunek
- większy jest ładunek, który umieszczono w danym polu
VII NAPIĘCIE ELEKTRYCZNE
Napięciem U miedzy dwoma punktami A, B pola elektrostatycznego nazywamy iloraz pracy W wykonanej przez siły elektryczne podczas przenoszenia ładunku (q) z punktu A do punktu B tego pola i wartości tego ładunku
Napięcie między dwoma punktami pola elektrostatycznego informuje nas o tym, jaką pracę wykonują siły elektryczne przy przenoszeniu ładunku jednostkowego (1C) między tymi punktami
Jednostką napięcia jest 1 wolt (1V)
Napięcie między dwoma punktami pola elektrostatycznego, które leżą na tej samej linii pola, zależy od odległości między tymi punktami i od tego jak silne jest pole
Gosha7