Elektrostatika

Вовед :

Електростатиката е дел од физиката која го проучува заемното дејство помеѓу постојаното електрично поле и честиците. Електричното поле е простор околу наелектризираните тела во кои се јавуваат електростатички сили со кои полето делува на други наелектризирани тела.

Кулонов закон. Електрично поле

Кулоновиот закон во физиката може да се дефинира како: Интензитетот на електростатичката сила помеѓу две точкасти тела е директно пропорционален со производот на количината на нивните наелектризирања, а обратно пропорционален од квадратот на растојанието помеѓу тие два наелектризирања . Оваа сила се нарекува ‚‚ Кулонова сила ’’. Го добила името по Шарл Кулон кој користел торзиона вага да ја измери електростатичката сила. Помеѓу наелектризираните тела дејствуваат исти по големина, а спротивни по насока сили според третиот принцип на механиката.

І F1 І = I F2 I

Взаемното дејство помеѓу тие две тела не зависи од други тела околу нив. Равенката за Кулоновата сила може да се напише на следниот начин:

K ( q 1 х q 2 )
F = ————————
r 2

F – електрична сила
к – кулонова константа ( зависи од средината во која се наоѓаат телата ) , ако телата се наоѓаат во вакум , оваа константа изнесува 9 * 10 ^ 9 Nm ^ 2 / C ^ 2.
q 1 и q 2 – електрицетот на тие две тела
r – растојанието помеѓу тие две тела.


Електричен дипол

Два еднакви по големина, но со спротивнополжни знаци точкасти електричества, поставени на постојано растојание еден од друг се нарекува електричен дипол или пократко само дипол. Електричниот дипол е идеализиран модел на некои системи, а такви се на пример некои молекули кои се нарекуваат поларни молекули. На големо растојание електричното поле, создавано од такви системи како што се молекулите, е еднакво со полето создавано од дипол. Те сите негативни електричества од системот се наоѓаат во една точка, а сите позитивни електричества во друга точка.


Потенцијал и напон на електростатско поле

Електричното поле е дефинирано како својство на електричното оптоварено тело да го модифицира просторот околу себе и притоа воспоставувајќи определена физичка појава во просторот. Електричното поле е простор во кој делува електична сила. Ако во просторот во кој е воспоставено телото се донесе друг електричен полнеж, врз него полето ќе делува со сила. Електрична моќност е дефинирана како однос при кој електрична енергија се пренесува како електрична струја . Во SI системот мерка за моќност е ват. Кога електричната струја тече во коло во кое постои отпорност, таа извршува работа. Уредите ја конвертираат оваа работа во многу корисни форми како што е топлина, движење или звук. Електрицитетот може да се произведе со помош на генератори или да се земе од извор како што е батерија. Напон претставува разлика на електрични потенцијали помеѓу две точки на електрично или коло, изразен во волти. Тој ја мери потенцијалната енергија на електричното поле кое предизвикува електрична струја низ спроводник. Во еднонасочните резистивни кола, моменталната електрична моќност може да се пресмета со помош на Џулов закон:

P = V · I каде што:
P е моќноста во ( вати или W )
V е разликата на потенцијали ( волт или V )
I е струјата во ( ампери или А )

Електрична струја

Електрична струја претставува ток (движење) на електричен полнеж. Во SI единица мерка за електрична струја е Ампер (A), кој е еднаков на тек од еден кулон електрицитет во секунда. Количество на електрична струја (мерено во ампери) низ некоја површина (нпр. пресек на бакарен проводник) е дефинирано како количество на електричен полнеж (мерено во кулони) кој поминува низ таа површина во единица време. Ако Q е количество на полнеж кој поминува низ површина во единица време t, тогаш просечна струја I изнесува:

Q
I = ———
t

Доколку времето t оставиме да тежнее кон 0, тогаш ја добиваме моменталната струја i(t):
dQ
I(t) = ———
qt

Бидејќи ампер, како единица мерка за електрична струја е основна единица во SI, кулонот е изведен од дефиницијата за ампер. Да претпоставиме дека имаме проводник со пресек A- даден во метри квадратни, должина l - даден во метри m и специфичен електричен отпор на материјалот од кој е изработен проводникот ρ- изразена во ом метри - Ωm. Неговиот отпор ќе биде:
ρ
R = l ` ———
A
Електричен кондензатор
Кондензаторот е електротехнички елемент, кој може да ја сочува енергијата во облик на електрично поле. Најзначајната големина на кондензаторот е неговиот електричен капацитет. SI единицата за електричен капацитет е 1 F (фарад). Симболот на обичниот и поларизираниот кондензатор во електричните шеми. Во електрониката, кондензаторот е пасивен електронски елемент, па поради потребата за поголем капацитет и други работни својства се произведуваат технолошки различни видови кондензатори.

Различни видови кондензатори: повеќеслоен керамички, диск керамички, повеќеслоен фолијски, цевчест керамички, полистиролски (аксијален и радијален), електролитски. Комбинација на две тела спроводници кои се наелектризирани со исти, но по знак спротивни количевства електрицитет и кои меѓусебно се добро изолирани електрично, се викаат електричен кондензатор. Металните тела од кои е составен кондензаторот се викаат електроди на кондензаторот. Нека едната електрода на еден кондензатор е наелектризирана со количевство електрицитет Q, а другата со -Q, при што напонот меѓу нив е U. Со помош на низа мерења (наелектризирајќи го кондензаторот со различни количини електрицитет и мерејќи го напонот) или со помош на теоретски испитувања, се заклучува дека напонот меѓу електродите е правопропорционален со количина електрицитет. Според тоа, количникот
Q
C = ——— [F]
U
е карактеристичен за дадениот кондензатор. Оваа величина се вика капацитет на кондензаторот, а единицата во која се мери се вика фарад (F), во чест на Фарадеј. Електричниот кондензатор е, всушност направа во која при определен потенцијал може да се собере (кондензира, натрупа) големо количество електричество.


Омов закон

Напонскиот извор V, предизвикува електрична струја I, низ отпорникот R, трите величини на кои се однесува Омовиот закон: I = V/R. Омовиот закон се однесува на електрични кола, тој вели дека: Струјата помеѓу две точки е директно пропорционална со потенцијалната разлика (напонот) и обратно пропорционална со отпорот помеѓу нив. Математички, тоа се изразува како:
V
I = ———
R
Каде што I е струјата во ампери, V е потенцијалната разлика во волти, и R е електричната отпорност изразена во оми. Потенцијалната разлика е позната и како пад на напонот, и може да се означува и со U, E или ЕМС (електромоторна сила). Оваа законитост ја открил германскиот физичар Георг Ом, и ја објавил во 1827. година како резултат на лабораториски мерења, и во малку посложена форма. Отпорноста на повеќето отпорнички материјали отпорници е константна за широк спектар на струи и напони. Кога отпорникот се употребува во вакви околности, неговата отпорност се нарекува „омска“. Покрај омската отпорност, постои и капацитивна и индуктивна, кои се јавуваат кај променливите и наизменичните струи. Омовиот закон, во презентираната форма, е мошне корисен за електротехниката, затоа што опишува како напонот, струјата и отпорот се поврзани на „макроскопско“ ниво, односно како елементи на електричното коло. Физичарите кои ги проучуваат електричните својства на материјалите на микроскопско ниво ја употребуваат векторската равенка:
J = σE
кајшто J е густина на струјата (струја по единична површина), σ е електричната спроводливост, а E е електричното поле (во волти по метар).