Elektrický náboj a elektrické pole

Co má společného jantar a elektřina? Proč shořela vzducholoď Hindenburg? Opisoval Coulomb od Newtona? Co je to Faradayova klec? Jak funguje defibrilátor?

DALLE 3

Klíčová slova: Statická elektřina, elektrický náboj, elementární náboj, Coulombův zákon, permitivita, elektrické pole, intenzita elektrického pole, homogenní pole, radiální pole, elektrostatická indukce, polarizace dielektrika, Faradayova klec, práce v elektrickém poli, potenciál, elektrické napětí, kapacita, kondenzátor.

Zápis k videím

Výklad a cvičení

Videa jsou umístěna na youtube i zde na serveru. Cvičení otevře webovou stránku s pracovním listem. Můžete si nechat zobrazit správné odpovědi (volba Answer Key – na PC nahoře, na mobilu dole > Others). Odpovědi se pak zobrazí dole na stránce. Odkaz quizizz je lepší pro zobrazení na mobilu. Také slouží pro učitele – s účtem na Quizizz můžete kvíz převzít a editovat.

Elektrický náboj a Coulombův zákon

Experimenty (yt)
fyzikalnipokusy.cz: Coulombův zákon (+video), Elektrické kyvadlo,

Elektrické pole a jeho intenzita

Zkoumejte el. pole v různých případech: vascak.cz (applet),

Vodiče a izolanty v elektrickém poli

Napětí, práce, potenciál

Další

Opravy chyb

Winshurstova indukční elektrika nepracuje na principu tření, nýbrž na principu elektrostatické indukce.

Shrnutí a vztahy

  1. Elementární náboj: $e \approx 1.602 \times 10^{-19}\,\text{C}$ odpovídá náboji elektronu a protonu.
  2. Coulombův zákon: $\large F_e = \frac{k}{\varepsilon_r}\frac{Q_1Q_2}{r^2}$, kde $Q_1$ a $Q_2$ jsou náboje bodových částic nebo rovnoměrně nabitých koulí, $r$ je vzdálenost jejich středů, $\varepsilon_r$ relativní permitivita prostředí a $k = 1/4\pi\varepsilon_0 \approx 8.99\times10^9 \text{N m}^2\text{C}^{-2}$, přičemž permitivita vakua $\varepsilon_0 \approx 8.854 \times 10^{-12}\text{C}^2/\text{N}\cdot\text{m}^2$.
  3. Relativní permitivita materiálu: vakuum 1; vzduch 1,00054, PVC $\approx 4$; Al$_2$O$_3$ 8-10; voda 81.
  4. Intenzita elektrického pole: $E = F_e/q$, kde $F_e$ je elektrická síla a $q$ je velikost testovacího náboje.
  5. Elektrické napětí: $U_{AB} = W_{AB}/q$, tedy napětí mezi dvěma body je rovno práci, kterou elektrické síly vykonají při přenesení náboje, vydělenou velikostí přenášeného náboje. Významný je přeuspořádaný vztah $W = qU$, práce vykonaná elektrickými silami při přenesení náboje přes napěťový rozdíl.
  6. Elektrický potenciál v okolí bodového náboje Q: $\varphi(r) = kQ/r$, kde $r$ je vzdálenost od bodového náboje. Všimněte si první mocniny.
  7. Kapacita kondenzátoru: $C = Q/U$, kde $Q$ je náboj desky kondenzátoru a $U$ je napětí mezi deskami.
  8. Kapacita deskového kondenzátoru: $C = \varepsilon S/d$, kde dielektrikum mezi deskami má permitivitu $\varepsilon=\varepsilon_0\varepsilon_r$, $S$ je plocha desky a $d$ vzdálenost desek.
  9. Spojování kondenzátorů: paralelně $C = C_1+C_2$, sériově $1/C = 1/C_1 + 1/C_2$. Při sériovém spojení se je tedy výsledná kapacita menší než dílčí kapacity jednotlivých kondenzátorů.
  10. Energie kondenzátoru: $E = QU/2 = \frac{1}{2}CU^2$. Člen U/2 vlastně vyjadřuje průměrné napětí na kondenzátoru během jeho postupného vybíjení.
  11. TODO

K dalšímu studiu

  • TODO