Elektrostatika

1. Elektrostatika

2. elektřina – elektrický náboj • Jednotka Coulomb [C] • El. Náboj je vázán na látku – elektron • Vlastnosti náboje : • Lze ho přenášet z látky na látku • Lze ho přemístit v rámci jednoho tělesa • Dielektrikum – izolant – nesnadné přemístění • Vodič – snadné přemístění • Kladný a záporný náboj • Dělitelnost : elementární náboj • Nosiče náboje : elektron a proton • Platí zákon zachování el. náboje – • V elektricky izolované soustavě je celkový elektrický náboj stálý. • Mezi elektricky nabitými tělesy působí síly.

3. Coulombův zákon • Elektrická síla Fe • Elektricky nabité těleso – bodový náboj • Na základě pokusu zformuloval Coulomb následující zákon: • ε – permitivita prostředí, ε0 – permitivita vakua • Permitivita : vyjadřuje kolikrát se elektrická síla zmenší v daném prostředí oproti vakuu

4. Soustava nabitých těles

5. Intenzita Elektrického pole • E – vektorová veličina – vyjadřuje silové působení na náboj Q. • Silové pole • Popis pomocí siločar • Myšlená čára, jejíž tečna určuje v každém bodě pole směr jeho intenzity E.

6. Potenciál elektrického pole • Skalární veličina – Jde o podíl práce, kterou vykonají elektrické síly na přenesení elektrického náboje Q z bodu r do místa o nulové intenzitě. • Ekvipotenciální plochy – místa o stejné intenzitě - W=0.

7. Elektrické napětí • Rozdíl elektrických potenciálů mezi dvěma body (A, B) • Podíl práce vykonané pro přenesení náboje Q z místa A do místa B a náboje Q. • Dvě rovnoběžné desky • pole E musí být homogenní

8. Gaussova věta elektrostatiky • Tok vektoru intezityφE • Tok vektoru intenzity libovolnou uzavřenou plochou je přímo úměrný celkovému elektrickému náboji Q uvnitř této plochy. • Platnost zákona zachování náboje • Celkový počet siločar procházející uzavřenou plochou libovolného tvaru, která uzavíra náboj Q je roven podílu velikosti tohoto náboje a permitivity vakua ε0.

9. Integrální tvar gaussova zákona a první z maxwellových rovnic • Integrální tvar zákona • Plošná a objemová hustota náboje • 1. Maxwellova rovnice

10. Polarizace (dielektrika) • Dielektrikum – izolant • Polarizace – usměrnění vektorového pole. • Polarizace dielektrika: posun jádra atomu vůči elektronovému obalu • E – vnější pole • Ei – pole dielektrika • Ev = E – Ei – výsledné pole • Ev < E

11. Kapacita vodiče • Izolovaný vodič nabijeme nábojem Q. • Získáme napětí vůči nule • Veličina C vyjadřuje poměr mezi napětím a nábojem, který jsme na vodič přivedli. Vyjadřuje schopnost vodiče pojmout náboj. • Jednotka [F] – farad, mikrofarad, nano, piko

12. Kondenzátory • Kapacita osamocených vodičů je velmi malá • Soustava vodičů – kondenzátor • a) deskový kondenzátor • S – obsah plochy desky • d – vzdálenost desek

13. Elektrický proud • Uspořádaný pohyb volných částic s elektrickým nábojem • Vodič • kov – dobře vede el. proud • Elektrolyty: kladné a záporné ionty (destilovaná voda) • Polovodič – PN, NP, atd. přechody • diody • Izolant – nevede, nebo špatně vede el. proud • PVC, atd..

14. Stejnosměrný proud • Směr elektrického proudu ve vodiči nazýváme podle dohody směr uspořádaného pohybu kladně nabitých nositelů proudu. • Stejnosměrný proud – proud se s časem neměnní • Jednotka [A] - ampér

15. Ohmův zákon • Z experimentu lze zjistit: • Pokud udržujeme teplotu vodiče konstantní (např. ponořením vodiče do oleje) zjistíme, že Elektrický proud I procházející kovovým vodičem je přímo úměrný elektrickému napětí U mezi konci tohot vodiče. • Konstanta se liší podle použitého materiálu pro vodič • Ohmův zákon platí pro tzv. lineární vodiče.

16. Odpor vodiče • R [Ω] Ohm • Závislost odporu na geometrii vodiče • ρ – měrný elektrický odpor • S, l - obsah příčného řezu vodiče, délka vodiče • Závislost na teplotě • R – odpor při teplotě t • R1 – odpor při teplotě t1 • Δt = t-t1

17. Ohmův zákon pro uzavřený obvod • Elektrický obvod • Zdroj napětí:vtištěné síly konají práci. Elektromotorické napětí • Vnější část obvodu:spotřebiče, atd.. – mají odpor R. • Vnitřní část obvodu: odpor Ri • R + Ri = celkový odpor R • Proud v uzavřeném obvodu se rovná podílu elektromotorického napětí zdroje a součtu odporů vnější a vnitřní části obvodu. • Zákon zachování náboje

18. Kirchhoffovy zákony • Složitější elektrické obvody • I. Zákon • Algebraický součet proudů v uzlu se rovná nule • II. Zákon • Součet napětí na rezistorech je v uzavřené symčce roven součtu elektromotorických napětí zdrojů zapojených ve smyčce. Pro n rezistorů a m zdrojů platí.

19. Zapojování rezistorů • Sériové • Paralelní • Kombinované

20. Práce a výkon elektrického proudu