Електрично поље – осми разред

Наелектрисавање тела

Структура атома – привлачне и одбојне електричне силе међу елементарним честицама – електронима и протонима, између атомског језгра и електронског омотача.

Електричне силе између 2 тела јављају се само када су оба тела или је бар једно од 2 тела наелектрисано.

Тело је наелектрисано ако садржи вишак (+) или (-) елементарних наелектрисања.

Негативно наелектрисано тело – вишак електрона.

Позитивно наелектрисано тело – вишак протона.

Наелектрисавање тела трењем (прелазак електрона)

Пластична шипка протрљана вуненом крпом или крзном постаје негативно наелектрисана

Стаклена шипка протрљана свиленом крпом постаје позитивно наелектрисана

Тела се привлаче ако су наелектрисана супротним врстама наелектрисања, а одбијају се ако су наелектрисана истим врстама наелектрисања.

Електроскоп – 2 електроде: спољашња метално кућиште са прозором, унутрашња централна метална електрода – на доњем крају се налазе 2 алуминијумска листића, а на горњем плоча или куглица.

Електрометар – има и казаљку

Електроскоп – утврђујемо да ли је неко тело наелектрисано; електрометар – да ли је неко тело наелектрисано мањом или већом количином наелектрисања

Атоми су као и тела која садрже мноштво атома електронеутрални.

Количина наелектрисања тела је q = n·e где је n број који показује разлику броја протона и електрона у телу, а e елементарно наелектрисање.

Јединица за количину наелектрисања је кулон [C]

Елементарно наелектрисање износи 1 е = 1,6·10^-19 C

Наелектрисавање – појава при којој се повећава или смањује број електрона на телу. Наелектрисање се не ствара већ се оно само раздваја и преноси са тела на тело (закон одржања наелектрисања).

Једнаке количине наелектрисања супротног знака међусобно се неутралишу. Ако су разноимено наелектрисани електрометри спојени металном жицом разелектришу се, дрво и пластика не. Метали (имају слободне носиоце наелектрисања) су проводници, а дрво или пластика непроводници тј. изолатори.

 Узајамно деловање наелектрисаних тела. Кулонов закон

Разматрамо зависност електричних сила од растојања

Два наелектрисана тела међусобно делују силом која опада по интезитету обрнуто сразмерно квадрату растојања између њих                 F~1/r²

Сила зависи и од количина наелектрисања на телима

Сила између наелектрисања на растојању r износи

F=±kq1q2/r²

Ова формула је позната као Кулонов закон

+ за привлачне силе, – за одбојне силе

 Eлектрично поље

Постоји око сваког наелектрисаног тела.

F = q·E, где је Е интезитет елeктричног поља у тачки у којој се налази наелектрисано тело. У простору око сваког наелектрисања постоји електрично поље које делује електричном силом на сваку другу количину наелектрисања која се унесе у то поље.

Јачина електричног поља у некој тачки бројно је једнака сили којом то поље делује на јединицу количине наелектрисања тела које се налази у тој тачки. Јединица [N/C]

Електрично поље приказује се графички линијама силе (линијама поља). Електрично поље око тачкастог наелектрисања је радијално, а смер се одређује у односу на позитивно пробно наелектрисање.

Електрично поље је јаче где су линије сила гушће и обрнуто.

Електрично поље између две паралелне металне плоче равномерно наелектрисане истим количинама разноименог наелектрисања. Линије сила су паралелне тј. њихова густина је свуда иста – хомогено поље.

У електричном пољу долази до раздвајања наелектрисања у телу иако се оно не налази у непосредном додиру са наелектрисаним телом – електростатичка индукција.

Помоћу електростатичке индукције можемо да наелектришемо тело.

 

Електрични потенцијал и напон

Када се под утицајем електричних сила наелектрисана тела крећу врши се рад. Статив са електричним клатном (+) на колицима – колица би се удаљавала од (+) наелектрисане кугле – расла би кинетичка на рачун потенцијалне енергије – електростатичке потенцијалне енергије коју поседује наелектрисано тело унето у електрично поље. За приближавање колица наелектрисаној кугли мора се вршити рад против електричне силе. На рачун тога рада потенцијална енергија наелектрисане куглице клатна се повећава. Око (+) наелектрисане кугле постоји електрично поље и у њему позитивно наелектрисање које има потенцијалну енергију E_p1. Ако се стави два пута веће наелектрисање онда је и потенцијална енергија два пута већа што заначи да је однос потенцијалне eнергије и количине наелектрисања константан. Однос је сталан за једну тачку поља и представља карактеристику тог поља, која се назива електрични потенцијал.

φ= Е_p/q

Потенцијал електростатичког поља је бројно једнак количнику електростатичке потенцијалне енергије наелектрисања у пољу и количине наелектрисања тела. Јединица је волт [V].

1V=1J/C

Тачка поља има потенцијал од једног волта ако у њој наелектрисање од једног кулона има потенцијалну енергију један џул.

Уочимо 2 тачке електричног поља (+) наелектрисаног тела. У 1 има E_p1, у 2 E_p2. Сила електричног поља помера (+) наелектрисање из 1 у 2 и врши рад који је једнак промени потенцијалне енергије.

А = E_p1– E_p2 = q (φ₁-φ₂)

Разлика електричних потенцијала у почетној и крајњој тачки путање наелектрисања у електричном пољу је електрични напон – U = А/q. Јединица је волт.

Рад који изврши електрична сила при померању наелектрисања од једне до друге плоче је A=Fd=qEd. Како је A=qU то је U=Ed.  Одатле је Е=U/d па је јединица [V/m]. Можемо да покажемо: N/C=(J/m)/C=V/m.

Напон се мери волтметром.

Eлектричне појаве у атмосфери

Земљина кугла има вишак (-) наелектрисања које ствара електрично поље око ње. Молекули ваздуха који су изнада Земље су јонизовани под утицајем космичког зрачења и образују (+) наелектрисан слој атмосфере – јоносферу.

Значи постоји електрично поље.

Приземни слојеви ваздуха који имају велику количину водене паре дижу се и брзо хладе и водена пара се кондензује у капљице које ваздушна струја распршује. Оне се услед трења о молекуле ваздуха наелектришу тако да се у облаку налазе наелектрисане кишне капи, снежни кристали и ледене честице. Сам, наелектрисан облак  електростатичком индукцијом наелектрише други облак или високе објекте на Земљи. Доњи део облака је негативно наелектрисан док су објекти на Земљи позитивно наелектрисани.

Напон између облака и тела износи неколико милиона волти па се врши електрично пражњење у виду блештаве траке – муње (дужине и до 10 километара).

То је најчешћи облик пражњења између облака и Земље (90% случајева). Време пражњења је кратко – мање од педесетог дела секунде.

Други могући облици пражњења су далеко ређи: облик (3) око 10%, а облици (2) и (4) изнад високих грађевина и врхова планина. Пражњења облак-облак и облак-ваздух су такође могућа, али су јако ретке појаве. Пражњења унутар облака су најчешћа (више од 50% свих пражњења), али нису од практичног значаја за изучавање.

Грмљавина настаје услед наглог ширења усијаног ваздуха (увек се чује после муње – зашто?). Електрично пражњење између облака и објеката на Земљи назива се гром.

У XVIII веку Бенџамин Франклин први је повезао муњу и електричну варницу као појаву истог типа (електрична појава у атмосфери) и конструисао је громобран – метални шиљак на врху зграде повезана проводником са земљом. Безбедна зона има облик купе (R≈H). На веће зграде ставља се више громобрана или мрежа.

Single Post Navigation

← Older Entry

Newer Entry →