Prawo Coulomba, względna przenikalność elektryczna, elektryzowanie ciał, natężenie pola elektrostatycznego i centralnego, praca w centralnym polu elektrostatycznym, szeregowe i równoległe łączenie oporników

PRAWO COULOMBA – dwa ładunki punktowe przyciągają się lub odpychają siłą, której wartość jest wprost proporcjonalna do iloczynu ładunku, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Fc = 1 / 4 E * Q1Q2 / r2
Fc = 1 / 4 E0Er * Q1Q2 / r2
k - stała elektrostatyczna k = 1 / 4 E
E – przenikalność elektryczna ośrodka (zależy od własności elektrycznych ośrodka).
WZGLĘDNA PRZENIKALNOŚĆ ELEKTRYCZNA OŚRODKA:
Er = E / E0 ====> E = E0Er
Er – względna przenikalność elektryczna ośrodka,
E – przenikalność elektryczna ośrodka,
E0 – przenikalność elektryczna próżni.
Q1 – ładunek elektryczny pierwszego obiektu
Q2 – ładunek elektryczny drugiego obiektu – jednostka w układzie SI – kulomb C = A ∙ s
R - odległość między ładunkami.
Oddziaływanie elektrostatyczne może być dwojakiego rodzaju:
a) przyciągające – gdy ładunki są różnoimienne,
b) odpychające – gdy ładunki są jednoimienne.
ELEKTRYZOWANIE CIAŁ - zachwianie równowagi pomiędzy ilością ładunków dodatnich i ujemnych.
Sposoby elektryzowania ciał:
* przez pocieranie o siebie dwóch ciał,
* przez dotyk,
* przez indukcję.
INDUKCJA polega na przemieszczaniu się ładunków elektrycznych w przewodniku lub izolatorze pod wpływem ciał nieelektrycznych .(Indukcja elektryczna)
Elektryzowanie ciała przewodzącego przez indukcje polega na przemieszczaniu się w jego wnętrzu elektronów swobodnych pod wpływem ładunku zbliżanego ciała naelektryzowanego.
Zbliżanie ciała naelektryzowanego do izolatora powoduje jego polaryzacje elektryczną.
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 (lub jego części) do innego ciała (lub jego części).
NATĘŻENIE POLA ELEKTROSTATYCZNEGO jest równe stosunkowi siły elektrostatycznej działającej na ładunek próbny do wartości tego ładunku:
E = Fel / q – ładunek próbny (dodatni)
LINIE SIŁ POLA ELEKTROSTATYCZNEGO są to linie, do których wektory natężenia SA styczne w każdym punkcie i ich zwrot jest zgodny ze zwrotem natężenia.
NATĘŻENIE POLA CENTRALNEGO
E = Fel / q
PRACA W CENTRALNYM POLU ELEKTROSTATYCZNYM
WFZ A ------> B = kQ1Q2 (1 / rB - 1 / rA)
Fz – siła zewnętrzna przy przemieszczeniu ciała z punktu A do punktu B.
rA, rB – odległości punktów od źródła pola

POTENCJAŁ POLA ELEKTROSTATYCZNEGO – stosunek energii potencjalnej do ładunku. Jednostka jest 1 VOLT = 1J / 1C. Potencjał charakteryzuje pole pod względem ENERGETYCZNYM.
V = Ep / q
WZÓR NA PRACĘ W POLU ELEKTROSTATYCZNYM.
W FZ A --------> B = EPB - EPA
W FZ A --------> B = q * VB – q * VA
W FZ A --------> B = q ( VB – VA)
W FZ A --------> B = q * U – napięcie to różnica potencjałów
VB – VA - różnica potencjałów
ZWIĄZEK MIĘDZY NATEŻENIEM I RÓŻNICĄ POTENCJAŁÓW:
W Fel A--------->B = q ( VB – VA)
W Fel A--------->B = Fel * l * cos Oo
q ( VB – VA) = Fel * l
E = Fel / q ====> Fel = q * E
- q ( VB – VA) = q * E * l
- v = E * l ====> E = - v / l (związek między natężeniem a różnicą potencjałów)
ROZKŁAD ŁADUNKU NA POWIERZCHNI PRZEWODNIKA
Ładunek wprowadzony na przewodnik gromadzi się na jego powierzchni. Ładunki na powierzchni kuli rozkładają się równomiernie. Na innych powierzchniach rozkład ładunku nie jest równomierny. Najwięcej ładunków mieści się na powierzchniach o małej krzywiźnie. Natężenie pola elektrostatycznego jest ZAWSZE RÓWNE ZERO!!!
Rozkład ładunku na powierzchni przewodnika charakteryzuje pojęcie średniej gęstości ładunku (jest duża w miejscach o dużych promieniach krzywizny).
q – wartość zgromadzonego ładunku S – powierzchnia
Średnią gęstością powierzchniową ładunku nazywamy stosunek zgromadzonego na powierzchni ładunku do pola tej powierzchni.
Im bliżej siebie ładunki tym gęstość powierzchniowa jest większa. Tam gdzie gęstość powierzchniowa jest duża tam jest duże natężenie. PŁASKA POWIERZCHNIA – powierzchnia kuli o promieniu równym nieskończoności.
KONDENSATOR PŁASKI – to dwie płaskie przewodzące powierzchnie ustawione równolegle do siebie i oddzielone izolatorem.
Kondensatory mogą gromadzić ładunek, a tym samym energię.

POJEMNOŚCIĄ ELEKTRYCZNĄ KONDENSATORA nazywamy stosunek ładunku zgromadzonego na jego okładce do różnicy potencjałów między okładkami:
C = q / U
C – pojemność q – ładunek U – napięcie
Jednostka pojemności jest 1F (farad) = 1C / 1V.
Jednostki pochodne:
- 1mF = 10-3 F milifarad
- 1 mikrofarad = 10-6 F
- 1 nF = 10-9 F nanofarad
- 1pF = 10-12 F pikofarad
POJEMNOŚĆ KONDENSATORA PŁASKIEGO
C = E0Er * s / d
s – pole powierzchni jednej okładki
d – odległość między okładkami
ŁĄCZENIE KONDENSATORÓW:
a) SZEREGOWE

Przy szeregowym łączenie kondensatorów na każdym kondensatorze jest zgromadzony taki sam ładunek. Ładunek zgromadzony w całym układzie jest równy ładunkowi zgromadzonemu w pojedynczym kondensatorze.
1) qw = q
2) 1 / Cw = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 – odwrotność pojemności wypadkowej jest równa sumie odwrotności pojemności kondensatorów.
b) RÓWNOLEGŁE
qw = q1 + q2 + q3 Cw = C1 + C2 + C3
Przy łączeniu równoległym kondensatorów ładunek wypadkowy jest równy sumie ładunków umieszczonych na poszczególnych kondensatorów.
Napięcie na każdym kondensatorze jest takie samo i równe jest napięciu na końcach układu. Pojemność wypadkowa jest równa sumie pojemności składowych.

P.S. WSZYSTKIE RYSUNKI dostępne W załączniku.