Elektrostatika

Nova tema  Odgovori 
Podelite temu sa drugarima: ZARADITE PRODAJOM SVOJIH RADOVA
 
Ocena teme:
  • 0 Glasova - 0 Prosečno
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Autor Poruka
VS1 Nije na vezi
Posting Freak
*****

Poruka: 5,344
Pridružen: Aug 2009
Poruka: #1
Elektrostatika
Uvod

Reč elektricitet potiče od grčke reči “ηλεκτρον” (elektron), koja znači ćilibar. Naime, saznanje o elektricitetu potiče iz perioda od 600. godine p.n.e. kada je grčki filozof Tales iz Mileta opisao pojavu da ćilibar, protrljan vunom, privlači lake deliće materije.
Tokom vremena ustanovljeno je da se i drugi materijali mogu naelektrisati: razne vrste smole, tvrda guma, staklo, porcelan i drugi.
Engleski fizičar Vilijam Gilbert (William Gilbert, 1544-1603), jedan od pionira eksperimentalnog istraživanja, proučavao je naelektrisavanje trenjem i magnetizam i na osnovu tih istraživanja podelio sve materijale u dve grupe:
- materijale koji su u stanju da se naelektrišu i koje je nazvao “elektrici”,
- materijale koji nisu u stanju da se naelektrišu, koje je nazvao “neelektrici”.
Kasnije se pokazalo da razlika između ove dve grupe materijala nije u njihovoj sposobnosti da budu naelektrisani već u sposobnosti da zadrže naelektrisanje na onom mestu gdje je i nastalo, odnosno, da provode elektricitet. Danas ove materijale nazivamo izolatorima i provodnicima.
Izolatori (dielektrici) su materijali koji nemaju lako pokretljive elektrone. Tipični izolatori su nemetali: staklo, plastične mase, keramika, guma i drugi. Važno je istaći da u prirodi ne postoje idealni izolatori, jer svi materijali makar u maloj meri provode elektricitet.
Materijali koji imaju lako pokretljive elektrone nazivaju se provodnici. Tipični provodnici su metali: srebro, zlato, bakar, aluminijum i drugi. Materijali koje nazivamo provodnicima provode elektricitet 1015 do 1020 puta bolje od izolatora.
Osim izolatora i provodnika, izdvaja se i treća grupa materijala, poluprovodnici. Poluprovodnici su negde izmedju provodnika i izolatora, odnosno umereno se suprotstavljaju kretanju nosilaca elektriciteta. Najvažniji poluprovodnici su silicijum, germanijum, galijum arsenid i drugi.
Vrste naelektrisanja. Kao rezultat proučavanja naelektrisanih tela, odnosno njihovih uzajamnih dejstava, ustanovljeno je da se neka među njima privlače, a neka odbijaju. Na primer, staklena šipka i komad svilene tkanine pre nego što se protrljaju ne pokazuju nikakve međusobne mehaničke sile, a nakon trljanja međusobno se privlače. Slično, ako se svilenom tkaninom protrljaju dve staklene šipke i krajevi ovih šipki približe, delovaće međusobno odbojnim silama.
Dugo se ovaj fenomen objašnjavao tzv. dualističkom teorijom, po kojoj se pretpostavljalo da postoje dve vrste naelektrisanja, “staklasto” i “smolasto” (engl.: “vitreous” i “resinous”). Američki fizičar Bendžamin Franklin (Benjamin Franklin) je u 18. veku postavio tzv. unitarističku hipotezu, po kojoj postoji samo jedna vrsta elektriciteta, koja je u izvesnoj meri prisutna u svim nenaelektrisanim telima, odnosno telima koja su u električno neutralnom stanju. Prema ovoj hipotezi višak ovog naelektrisanja iznad normalnog stanja (označeno znakom +) odgovara “staklastom” naelektrisanju, a manjak naelektrisanja (obeležen znakom −) odgovara i “smolastom” naelektrisanju.
Prema današnjoj, dualističkoj teoriji postoje dve vrste elektriciteta (naelektrisanja), konvencionalno nazvane “pozitivni” i “negativni”, koje se obeležavaju odgovarajućim algebarskim znacima. Danas se zna da se u nenaelektrisanom stanju u svakom telu nalazi velika količina i jedne i druge vrste naelektrisanja, ali u istoj količini, tako da je algebarski zbir svih naelektrisanja jednak nuli. Neko telo je naelektrisano samo ako postoji višak naelektrisanja jednog znaka.
Konvencionalna upotreba algebarskih znakova za različite vrste naelektrisanja u skladu je sa našim shvatanjem karaktera sila međusobnog dejstva dvaju naelektrisanih tela. Dva tela naelektrisana naelektrisanjima istog znaka uvek se odbijaju, što je u skladu sa činjenicom da je proizvod dva broja istog algebarskog znaka uvek pozitivan. Sa druge strane, naelektrisanja različitih algebarskih znakova se privlače, što odgovara činjenici da je proizvod dva broja različitih algebarskih znakova negativan.
Na osnovu današnjeg poznavanja električnih pojava, i pozitivni i negativni elektricitet imaju diskretnu strukturu i javljaju se u elementarnim kvantima elektriciteta. Količina elektriciteta, ili količina naelektrisanja, ili električno opterećenje predstavlja konačan skup elementarnih količina elektriciteta. Nosilac elementarne negativne količine naelektrisanja je elektron, a pozitivne proton i pozitron. Pozitron je nepostojan i ne ulazi u postojani sastav materije.
Električni neutralno telo sadrži podjednak broj elektrona i protona. Za telo se kaže da je negativno naelektrisano ako sadrži više elektrona nego protona, a pozitivno naelektrisano ako sadrži višak protona. Naelektrisanje tela opisuje se fizičkom veličinom koja se naziva količina naelektrisanja, a koja se obeležava simbolom Q ili q (veliko slovo se upotrebljava za vremenski nepromenjive, a malo slovo za vremenski promenjive količine elektriciteta).
Merenje naelektrisanja. Uređaj za dokazivanje postojanja naelektrisanja na metalnim telima naziva se elektroskop. Dodirom metalnog naelektrisanog tela i šipke elektroskopa, deo naelektrisanja pređe na šipku, odnosno kazaljku elektroskopa. Zbog toga što su obe kazaljke istoimeno naelektrisane dolazi do odbojne sile i otklona pokretne kazaljke elektroskopa. Ukoliko postoji i baždarena skala za određivanje naelektrisanja raspoređenog na šipki i na kazaljki, tada se ovaj instrument naziva elektrometar.
Elektrostatička indukcija. Osim naelektrisavanja trenjem, odnosno dodirom, postoji i naelektrisavanje putem elektrostatičke indukcije, odnosno bez direktnog dodira. U prvom slučaju, prilikom dodira dvaju materijala elektroni koji se nalaze uz površinu jednog materijala prelaze na drugi, tako da se na prvom obrazuje manjak, a na drugom višak elektrona. U slučaju elektrostatičke indukcije, ako se neko pozitivno naelektrisano telo donese u blizinu neke metalne, električno neutralne elektrode, deo elektrona u metalnoj elektrodi biće privučen ka onoj strani površine koja je bliža naelektrisanom telu, tako da će se ta strana naelektrisati negativno, a suprotna strana, zbog manjka elektrona, pozitivno.
Princip održanja količine elektriciteta je jedan od osnovnih principa materijalnog sveta. Prema klasičnoj formulaciji ovog principa - broj pozitivnih i negativnih kvanata naelektrisanja u prirodi je nepromenjiv. U procesu naelektrisavanja trenjem elektroni prelaze sa jednog tela na drugo, a u naelektrisavanju putem elektrostatičke indukcije vrši se preraspodela elektrona, odnosno, u oba slučaja nema nikakvog stvaranja naelektrisanja.
Sastav atoma. Reč atom potiče od grčke reči atomos, što znači nedeljiv. Ovaj naziva je danas neodgovarajući, jer se zna da su atomi sastavljeni od osnovnih subatomskih čestica, a to su proton, neutron i elektron. Protoni i neutroni se zajedničkim nazivom nazivaju nukleoni. Osim ovih, otkrivene su i subatomske čestice koje postoje samo privremeno i ne ulaze u sastav obične materije.
Svi protoni i neutroni obrazuju jezgro (nukleus) atoma. Ako se jezgro zamisli kao kugla, onda je prečnik reda veličine 10−14m. Elektroni se nalaze izvan jezgra na relativno velikim rastojanjima. Prema modelu koji je 1913. godine predložio danski fizičar Nils Bor (Niels Bohr, 1885-1962), elektroni kruže oko jezgra po kružnim i eliptičnim orbitama, prečnika reda veličine 10−10m. Svi elektroni koji kruže oko jezgra čine elektronski omotač atoma. Prečnik atoma je oko 10000 puta veći od prečnika jezgra.
Elektron i proton su naelektrisane čestice, dok neutron nema naelektrisanje. Mase protona i neutrona su vrlo približno jednake, a masa svakog od njih je oko 1840 puta veća od mase elektrona. To praktično znači da je skoro sva masa jednog atoma koncentrisana u njegovom jezgru.
Elektron je negativno naelektrisana čestica. Masa elektrona u stanju mirovanja, sa tačnošću od dve decimale, iznosi:

Ako se elektron kreće brzinom v u odnosu na posmatrača, njegova masa se određuje po relativističkoj formuli:

gde je c brzina svetlosti u vakuumu.


Proton je pozitivno naelektrisana čestica.

Neutron je subatomska čestica materije u električno neutralnom stanju. Masa neutrona je samo neznatno veća od mase protona i iznosi:

Pozitron ne ulazi u sastav obične materije. Pozitron je elementarni kvant pozitivnog naelektrisanja i ima istu masu i po apsolutnoj vrednosti isto naelektrisanje kao i elektron. Pozitron ima kratak vek, reda desetine jedne mikrosekunde. On nastaje preobražajem fotona visoke energije (npr. gama zraka) u dve elementarne električne čestice - u pozitron i elektron.
U normalnom (nepobuđenom) atomu broj elektrona jednak je broju protona, tako da se ovakvi atomi u odnosu na svoju okolinu ponašaju električno neutralno (algebarski zbir svih naelektrisanja jednak je nuli). Broj elektrona u normalnom atomu nekog elementa, označava se sa Z, i određuje redni broj elementa u tablici periodnog sistema elemenata. Atomska masa jednog elementa, A, vrlo je približno jednaka zbiru broja protona i neutrona, jer je masa elektrona praktično zanemarljiva. Broj neutrona, N, prema tome može se odrediti kao N = A – Z.
Najsloženiji atom u prirodi je atom urana, koji ima 92 elektrona, a jezgro mu se sastoji iz 92 protona i 146 neutrona. Veštačkim putem stvoreno je još nekoliko elemenata sa složenijim atomima. To su tzv. transuranski elementi (npr. neptunium, plutonijum, americijum i drugi). Za mnoge elemente nađeni su atomi sa različitim atomskim masama, koji se nazivaju izotopi. Jezgra takvih atoma imaju broj protona jednak rednom broju elementa, Z, a broj neutrona u jezgru im je različit od Z, što dovodi do razlike u atomskim masama.





Kulonov zakon

Godine 1785, francuski fizičar Kulon (Charles Augustin Columb, 1804-1869) formulisao je i objavio svoj poznati zakon (Kulonov zakon) koji se odnosi na kvazipunktualna električna opterećenja. Pod kvazipunktualnim električnim opterećenjem podrazumeva se naelektrisano telo čije su dimenzije vrlo male u odnosu na odstojanje od drugih tela.
U Kulonovo vreme količine naelektrisanja se nisu mogle direktno meriti, niti je bila poznata jedinica naelektrisanja, ali su se relativni odnosi među količinama naelektrisanja mogli lako odrediti. Naime, ako se jedna opterećena provodna sfera dovede u dodir sa neopterećenom provodnom sferom istog prečnika, a potom se ove sfere rastave, na svakoj od njih će ostati jednake količine naelektrisanja, jednake upravo polovini količine naelektrisanja prve sfere pre dodira.
Kao rezultat eksperimenata, Kulon je zaključio da je sila međusobnog dejstva između dvaju kvazipunktualnih električnih opterećenja srazmerna količini jednog i drugog opterećenja, a obrnuto je srazmerna kvadratu rastojanja između njih. Sila deluje duž linije koja spaja dva opterećenja i karakter joj je odbojan kada su opterećenja istog znaka, a privlačan u slučaju opterećenja suprotnog znaka. Treba dodati da sila zavisi i od osobina dielektrične sredine.

gde je k koeficijent proporcionalnosti, Q1 i Q2 količine kvazipunktualnih naelektrisanja, a r rastojanje među njima.
U vektorskoj formi, Kulonov zakon se može iskazati na sledeći način:
[Slika: 98858079.jpg]
slika 1
Kako važi , važiće i , što znači da za “kulonske” sile važi zakon akcije i reakcije.

Sadržaj:
Uvod 3
Kulonov zakon 7
Električno polje 9
Potencijal električnog polja 13
Provodnici u elektrostatičkom polju 16
Električna kapacitivnost i kondenzatori 18
Literatura 23



PORUČITE RAD NA OVOM LINKU >>> SEMINARSKI
maturski radovi seminarski radovi maturski seminarski maturski rad diplomski seminarski rad diplomski rad lektire maturalna radnja maturalni radovi skripte maturski radovi diplomski radovi izrada radova vesti studenti magistarski maturanti tutorijali referati lektire download citaonica master masteri master rad master radovi radovi seminarske seminarski seminarski rad seminarski radovi kvalitet kvalitetni fakultet fakulteti skola skole skolovanje titula univerzitet magistarski radovi

LAJKUJTE, POZOVITE 5 PRIJATELJA I OSTVARITE POPUST
09:20 PM
Poseti veb stranicu korisnika Pronađi sve korisnikove poruke Citiraj ovu poruku u odgovoru
Nova tema  Odgovori 


Skoči na forum: