Elektrisk laddning och elektrisk fältstyrka

Elektrisk laddning och
elektrisk fältstyrka
Coulombs lag
Q1
Q2
+
+
r
Kapacitiviteten = relativ kapacitivitet
(dielektricitetstal) ∙ kapacitiviteten för
fria rymden
4
(N)
enhetsvekorn i r-led
Elektriska fält
Gravitationskraft Fg = G m1m2/r2
Gravitationsfält
Elektrisk fältstyrka(E): definieras som den kraft en
enhetsladdning utsättes för:
Q1 +
P
r
1
4
(N/C=V/m)
Elektriska fältlinjer
fältlinjer
+
Ju tätare fältlinjerna ligger desto högre är fältstyrkan
Elektriska fältlinjer
+
Elektriska fältlinjer
Gauss lag
∯
∙
Q/ ε
Den totala laddning som finns innanför en sluten yta delat
med ε är lika med ytintegralen av den elektriska fältet över
hela ytan.
Änvandbart vid symmetrier: fältets är samma på ytan.
Gauss lag
• Sfärisk symmetri
∙
∯
4
Q/ ε
2
Q/ ε
Q/ (4
2ε
Gauss lag är en variant av Coulombs lag
vid sfärisk symmetri
Gauss lag
• Linjär symmetri
Oändligt lång tråd med laddningen λ per längdenhet omslutes
av en lång cylinder med radien
Fältstyrkan på cylinder är
konstant.
∯
∙
Q/ ε
2
λ/ ε
λ/ (2
ε
Gauss lag
• Plan symmetri(oändligt stora)
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
∙2
∙ /ε
+
-
2ε
0
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
ε
-
-
+
0
Material klassifikation
• Ledare(metaller): hög densitet av fritt rörliga elektroner
• Isolator: Nästan bara bundna laddningar
• Halvledare: låg densitet av fritt rörliga elektroner, starkt
temperaturberoende
11
Metaller i elektriska fält
å
-
-
• Inte av metallerna är fältfritt
• Laddningar finns på
metallytan
+
-
+
+
0++
+
å
-
-
-
+
+
+
+
+
+
Faradays bur
Elektrisk dipol
Två stycken punktladdningar av
motsatt tecken tätt intill varandra:
+
d
‐
Elektriskt dipolmoment:
Elektrisk dipol
En elektrisk dipol i ett elektriskt fält:
Q +
Vridande momentet:
QdEsinθ ∙
‐ Q
Effekten på vridmomentet är att vrida
dipolmomentet i elfältets riktning
y
z
x
Isolatorer i elektriska fält
• Polarisation
å
Pålagda fältet ändrar riktning
hela tiden. Molekylerna roterar
och stöter till varandra.
Isolatorer i elektriska fält
• Överslag: isolatorn bli starkt ledande
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
isolator
Urladdningen
-
blixt