Elektrostatyka — ładunek elektryczny i prawo Coulomba
Od tarcia balonu do sił między ładunkami — kwantowanie i prawo Coulomba
Po tej lekcji będziesz umieć
Obliczyć ładunek ciała z kwantowania
q = n·e (e = 1,6·10−19 C)
Zastosować zasadę zachowania ładunku
Q układu izolowanego = const
Policzyć siłę Coulomba
F = k|q1q2|/(·r2)
Ustalić kierunek siły ze znaków ładunków
jednoimienne odpychają, różnoimienne przyciągają
Złożyć siły wektorowo (superpozycja)
= Σ
Po co Ci to na maturze?
Elektrostatyka pojawia się na maturze PR przy zadaniach o oddziaływaniu ładunków, zasadzie zachowania ładunku, superpozycji sił i wpływie ośrodka na wartość siły Coulomba. Typowe zadania wymagają obliczenia siły, odległości, wartości ładunku albo porównania sił po zmianie odległości lub ośrodka.
Najważniejsza idea
Najważniejsza idea: Prawo Coulomba jest formalnie podobne do prawa grawitacji, ale siła elektryczna może przyciągać ALBO odpychać. Najpierw ustal znaki ładunków i kierunek siły, dopiero potem licz jej wartość ze wzoru.
Intuicja zjawiska
Pocierasz balon o włosy — przyciąga papierki. Ciała mogą mieć nadmiar elektronów, ich niedobór albo być elektrycznie obojętne. Wszystkie zjawiska elektrostatyczne wynikają z przemieszczania się ładunku i wzajemnego oddziaływania ładunków.
Ładunek elektryczny
Nadmiar lub niedobór elektronów. Ciało obojętne ma tyle samo ładunków dodatnich i ujemnych.
Kwantowanie ładunku
Ładunek nie przyjmuje dowolnych wartości — jest wielokrotnością ładunku elementarnego e.
Zasada zachowania ładunku
Ładunek nie powstaje z niczego i nie znika — w doświadczeniach tylko przemieszcza się między ciałami.
Prawo Coulomba
Im większe ładunki, tym większa siła; im większa odległość, tym siła gwałtowniej maleje, bo zależy od 1/r2.
Wielkości i jednostki
Ładunek q, Q :: [C] :: ładunek elektryczny; q = n·e Ładunek elementarny e :: [C] :: e = 1,602·10⁻¹⁹ C Siła elektrostatyczna F :: [N] :: F = k q₁q₂ /( \varepsilon r ·r²) Odległość r :: [m] :: między środkami ładunków Stała elektrostatyczna k :: [N·m²/C²] :: …
Modele i zasady
:rule Ładunek jest skwantowany Każdy ładunek ciała jest wielokrotnością ładunku elementarnego: q = n·e, gdzie n to liczba nadmiarowych lub brakujących elektronów. Elektron niesie −e, proton +e.
Mapa elektrostatyki — zasady i interakcje
Słownictwo
Teoria: wzory i interpretacje
Kwantowanie ładunku: q = n\,e, \qquad e = 1{,}602 \cdot 10^{-19}\ \text{C} Prawo Coulomba (próżnia lub powietrze): F = k\,\frac{ q 1 q 2 }{r^2}, \qquad k = \frac{1}{4\pi\varepsilon 0} \approx 9 \cdot 10^9\ \tfrac{\text{N·m}^2}{\text{C}^2} W dielektryku o pr…
Solver prawa Coulomba
:solver-estat
Doświadczenie: elektryzowanie przez tarcie i indukcję
Cel: pokazać, że naelektryzowane ciało może przyciągać lekkie obiekty i że ładunek może się przemieszczać bez tworzenia „nowej" materii. Przebieg: 1.
Przykład
Przykład rozwiązany
Dwa ładunki q₁ = +4 μC i q₂ = −2 μC są oddalone o r = 0,3 m w powietrzu. Oblicz siłę Coulomba.
Mini-praktyka CKE — przeanalizuj sam
-praktyka Dwa ładunki q₁ = q₂ = 1 μC (1·10⁻⁶ C) są oddalone o r = 0,1 m w próżni. Oblicz F.
Częste błędy
Sumowanie F jak skalary przy superpozycji :: Siły Coulomba są wektorami — gdy ładunki nie leżą na jednej prostej, składaj je geometrycznie (twierdzenie Pitagorasa lub składowe x, y). Zapominanie o \varepsilon r w dielektryku :: W ośrodku F = k q₁q₂ /( \var…
Powtórka w 30 sekund
q = n·e :: kwantowanie ładunku (e = 1,6·10⁻¹⁹ C) Q \text{układu} = const :: zasada zachowania ładunku F = k q₁q₂ /( \varepsilon r ·r²) :: prawo Coulomba k = 9·10⁹ N·m²/C² :: stała elektrostatyczna różne znaki → przyciąganie :: te same → odpychanie superpozy…
Kluczowe pojęcia
Ładunek elektryczny :: podstawowa właściwość materii; kwantowany q = n·e; e = 1,6·10⁻¹⁹ C; jednostka: kulomb [C] Zasada zachowania ładunku :: całkowity ładunek układu izolowanego jest stały; ładunki nie powstają ani nie giną — tylko się przemieszczają Prawo…
Sprawdź się i przećwicz
sub :: Elektrostatyka to podstawa całej elektryczności — sprawdź, czy pewnie liczysz siłę Coulomba i ustalasz kierunki sił. sprawdzian :: Ładunek, prawo Coulomba i superpozycja sił :: 15 min zbior :: Zadania maturalne z rozwiązaniami krok po kroku — przećw…
Wzory w tablicach
Powiązane wzory maturalne
Powtórka do matury
Ten temat na maturze
Źródła, format CKE i materiały ZPE
men :: Fizyka ZR, dział: Elektrostatyka. Zakres: ładunek elektryczny, zasada zachowania ładunku, prawo Coulomba, oddziaływania elektrostatyczne, przewodniki i izolatory, superpozycja sił.
W tej lekcji
ZJAWISKO I MODEL