Sprawdzian Z Fizyki 3 Gimnazjum Elektrostatyka
Elektrostatyka to dział fizyki zajmujący się badaniem ładunków elektrycznych, które znajdują się w spoczynku.
Kluczowym pojęciem w elektrostatyce jest ładunek elektryczny. Jest to właściwość materii, która powoduje, że doświadcza ona sił, gdy znajduje się w polu elektromagnetycznym. Ładunki występują w dwóch rodzajach: dodatnim i ujemnym. Podstawową jednostką ładunku jest ładunek elementarny, oznaczany literą e, którego wartość wynosi w przybliżeniu 1,602 x 10-19 kulomba (C). Ciała mogą być elektrycznie obojętne (posiadają równe ilości ładunku dodatniego i ujemnego), naładowane dodatnio (mają nadmiar ładunków dodatnich) lub naładowane ujemnie (mają nadmiar ładunków ujemnych).
Prawo Coulomba opisuje siłę oddziaływania między dwoma punktowymi ładunkami elektrycznymi. Siła ta jest wprost proporcjonalna do iloczynu wartości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Siła jest przyciągająca, gdy ładunki są różnoimienne, a odpychająca, gdy ładunki są jednoimienne. Matematycznie wyraża się ją wzorem: F = k * (|q1 * q2|) / r2, gdzie F to siła, k to stała elektrostatyczna, q1 i q2 to wartości ładunków, a r to odległość między nimi.
Pole elektryczne to obszar wokół ładunku elektrycznego, w którym inne ładunki doświadczają siły. Pole elektryczne jest wektorem, charakteryzującym się kierunkiem i zwrotem. Kierunek pola elektrycznego jest zgodny z kierunkiem siły działającej na dodatni ładunek próbny umieszczony w tym polu. Wokół ładunku dodatniego linie pola elektrycznego są skierowane na zewnątrz, a wokół ładunku ujemnego – do wewnątrz.
Potencjał elektryczny to energia potencjalna przypadająca na jednostkę ładunku w polu elektrycznym. Jest to wielkość skalarna. Różnica potencjałów między dwoma punktami nazywana jest napięciem elektrycznym i jest związana z pracą, jaką należy wykonać, aby przenieść ładunek między tymi punktami. Jednostką napięcia jest wolt (V).
Przykłady:
- Tarcie: Przesuwanie balona po włosach powoduje przeniesienie elektronów z włosów na balon. Włosy stają się naładowane dodatnio, a balon ujemnie.
- Wyładowania elektrostatyczne: Po naładowaniu sweterka, dotykając metalowej klamki, możemy odczuć niewielkie „iskrzenie” – jest to nagłe wyrównanie ładunków.
Zastosowania w świecie rzeczywistym: Elektrostatyka ma wiele praktycznych zastosowań, od działania drukarek laserowych i kserokopiarek, gdzie wykorzystuje się przyciąganie elektrostatyczne do przenoszenia tonera na papier, po systemy oczyszczania powietrza (elektrofiltry), które usuwają zanieczyszczenia, ładując je elektrostatycznie i wychwytując na naładowanych płytach. Jest również kluczowa w rozwoju technologii magazynowania energii.
