elektřina a magnetismus elektrostatika

elektrický náboj Q, q [C]: kladný a záporný

souhlasné náboje se odpuzují, nesouhlasné přitahují

náboj kvantován (elementární náboj e = 1,6 x 10­19 C)

náboj protonu a elektronu:

elektrostatická a gravitační síla (analogie) – Coulombův zákon:

N m2 C­2

Elektřina a magnetismus

Q p=e Qe=−e

F e=k∣Q1 Q2∣

r2 F g=m1 m2

r2

Elektrostatika

k=9.109

Elektrostatika

intenzita elektrostatického pole: síla, působící na náboj 1 C

jednotka: N/C nebo V/m

velikost intenzity el. pole bodového náboje:

princip superpozice:

Elektrostatika

E r

E=kr

∣Q∣

r2E= E1 E2...

Směr intenzity el. pole a siločáry

práce elektrostatické síly:

napětí: jednotka: V (volt)

pohyb náboje v homogenním elektrostatickém poli:

(analogie vrhů v homogenním tíhovém poli)

Příklad: urychlování elektronů v elektrickém poli

Elektrostatika

F=Q E

E k=W 12

mv2=eU v= 2 eU

m

W=∫A

BFe . d r=QU AB

U AB

pohyb elektronů (náboje) ve vodiči

konvenční směr proudu – směr pohybu kladného náboje

elektrický proud:

jednotka: ampér (A)

I=d Qd t

I=Qt

Elektrický proud a elektrický odpor

elektrický odpor – Ohmův zákon:

jednotka: ohm (Ω)

teplotní závislost odporu vodičů:

teplotní součinitel odporu K­1

Elektrický proud a elektrický odpor

R=UI

R=R0 [1T−T 0]

~10−3

elektrický odpor – Ohmův zákon:

jednotka: ohm (Ω)

teplotní závislost odporu vodičů:

teplotní součinitel odporu K­1

Elektrický proud a elektrický odpor

R=UI

R=R0 [1T−T 0]

~10−3

sériové: paralelní:

práce: výkon:

Jouleův – Lenzův zákon (Jouleovo teplo): aplikace: topné spirály

Práce a výkon elektrického proudu

W=QU=U I t

R=R1R21R=

1R1

1R2

P=U I=R I 2=U2

R

W=U I t=R I 2 t

Řazení elektrických odporů

Příklady

Příklady

zdroje magnetického pole: 1. permanentní magnety

2. proudovodiče

3. časově proměnné elektrické pole

popis magnetického pole: vektor magnetické indukce

indukční čáry (severní pól jižní pól)→

vliv prostředí na magnetické pole: diamagnetika (zeslabují)

relativní permeabilita paramagnetika (slabě zesilují)

feromagnetika (silně zesilují)

Magnetické pole

B=rB0

r

B

zdroje magnetického pole: 1. permanentní magnety

2. proudovodiče

3. časově proměnné elektrické pole

popis magnetického pole: vektor magnetické indukce

indukční čáry (severní pól jižní pól)→

jednotka magnetické indukce tesla (T)

vliv prostředí na magnetické pole: diamagnetika (zeslabují)

relativní permeabilita paramagnetika (slabě zesilují)

feromagnetika (silně zesilují)

Magnetické pole

B=rB0

r

B

Střídavé napětí a střídavý proud

u t =U m cos t i t = I m cos t

efektivní hodnoty napětí a proudu:

příklad:

­ jednofázová zásuvka 230 V, 50 Hz

(efektivní napětí)

U ef= 1T ∫0

Tu2t dt=

U m

2I ef = 1

T ∫0

Ti2t dt=

I m

2

U m = U ef 2 = 325 V

Elektromagnetické vlnění

E y x , t =E cos[2tT−

x]

zdroj: elektrické pole pohybujících se nábojů –

časově proměnné elektrické pole indukuje časově proměnné

magnetické pole a naopak

vlastnosti elektromagnetického vlnění:

rychlost šíření

vztah mezi vektory magnetické indukce a intenzity elektrického pole

B z x , t =B cos [2tT−

x]

v= 1

0r0r

=c

rr

=3×108 m s−1

rr

E=v B E y x , t =v B z x ,t

Elektromagnetické vlnění

E y x , t =E cos[2tT−

x]

zdroj: elektrické pole pohybujících se nábojů –

časově proměnné elektrické pole indukuje časově proměnné

magnetické pole a naopak

vlastnosti elektromagnetického vlnění:

rychlost šíření

vztah mezi vektory magnetické indukce a intenzity elektrického pole

B z x , t =B cos [2tT−

x]

v=1

0r 0r

=c

rr

=3×108 m s−1

rr

E=v B E y x , t =v B z x ,t

Elektromagnetické vlnění

spektrum elektromagnetického vlnění:

ve vakuu:

viditelné záření (světlo): 400 nm (fialová) – 700 nm (červená)

=vf

=cf