V elektrotechnike je základom elektrický náboj. Elektrické náboje vytvárajú voči sebe silové účinky a pohybom voči stojacemu okoliu vytvárajú magnetické účinky okolo seba. Elektrické náboje pohybom vo vodiči vytvárajú elektrický prúd.
Elektrické Pole
Elektrické pole je fyzikálne pole, ktoré vzniká v okolí elektrických nábojov. Je to prostredie, prostredníctvom ktorého na seba elektrické náboje navzájom pôsobia silami, aj keď sa navzájom priamo nedotýkajú. Elektrické pole patrí medzi základné pojmy elektrostatiky a má veľký význam v technike aj v každodennom živote.
Podstata Elektrického Pola
Elektrické pole vzniká vždy, keď sa v priestore nachádza elektrický náboj. Každý nabitý predmet vytvára okolo seba elektrické pole, ktoré pôsobí na iné elektrické náboje v jeho blízkosti. Ak do elektrického poľa vložíme ďalší náboj, začne naň pôsobiť elektrická sila. Dôležité je, že elektrické pole existuje aj vtedy, keď sa v ňom žiadny iný náboj nenachádza.
Elektrická Sila v Elektrickom Poli
Elektrická sila je sila, ktorou elektrické pole pôsobí na elektrický náboj. Platí, že:
- rovnaké náboje sa odpudzujú,
- opačné náboje sa priťahujú.
Veľkosť elektrickej sily závisí od veľkosti nábojov a od vzdialenosti medzi nimi.
Prečítajte si tiež: Naša recenzia Karell CB-50
Intenzita Elektrického Pola
Na opis elektrického poľa používame veličinu intenzita elektrického poľa, ktorá sa označuje písmenom E. Intenzita elektrického poľa vyjadruje, akou silou pôsobí elektrické pole na jednotkový kladný náboj.
Vzťah medzi silou a intenzitou je:
E = F / q
kde:
- E je intenzita elektrického poľa,
- F je elektrická sila,
- q je veľkosť náboja.
Jednotkou intenzity elektrického poľa je newton na coulomb (N/C) alebo volt na meter (V/m).
Prečítajte si tiež: Sprievodca výberom elektrických zásobníkov
Smer Elektrického Pola
Smer elektrického poľa je definovaný ako smer, ktorým by sa pohyboval kladný skúšobný náboj vložený do poľa. Z toho vyplýva, že:
- elektrické pole smeruje od kladného náboja,
- elektrické pole smeruje k zápornému náboju.
Siločiare Elektrického Pola
Elektrické pole znázorňujeme pomocou siločiar. Vlastnosti siločiar:
- vychádzajú z kladných nábojov a končia na záporných,
- nikdy sa navzájom nepretínajú,
- čím sú siločiare hustejšie, tým je elektrické pole silnejšie.
Siločiary pomáhajú lepšie pochopiť rozloženie a pôsobenie elektrického poľa v priestore.
Homogénne a Nehomogénne Elektrické Pole
Homogénne Elektrické Pole
- intenzita elektrického poľa je vo všetkých miestach rovnaká,
- siločiare sú rovnobežné a rovnako vzdialené,
- vzniká napríklad medzi dvoma rovnobežnými nabitými doskami.
Nehomogénne Elektrické Pole
- intenzita elektrického poľa sa v priestore mení,
- siločiare nie sú rovnobežné,
- vzniká napríklad v okolí bodového náboja.
Elektrický Náboj a Jeho Meranie
Pôsobenie silových účinkov elektrických nábojov opísal v roku 1786 francúzsky inžinier a vynálezca Charles Augustin de Coulomb podľa meraní na tzv. torzných váhach ktoré si sám zostrojil. Konštantu K zmerať nevedel len vedel, že existuje pretože pri väčšom vákuu bola sila väčšia. Pre vákuum použil K=1. Hodnotu náboja vytvoril zo vzorca kde Q1=Q2. Potom je Q1·Q2=Q2. dostal vzorec pre jednotku elektrického náboja jednotka sa volala statický Coulomb značka statC Vlastne hodnotu konštanty zahrnul do rozmeru elektrického náboja.
V roku 1799 vynašiel taliansky fyzik Alessandro Volta zdroj napätia elektrického napätia. Bol to elektrochemický článok, kde chemická reakcia medzi zinkovou a medenou elektródou, ktoré boli vložené do zriedenej kyseliny sírovej vytvorili napätie. Za jednotku elektrického napätia sa zvolilo napätia voltovho článku 1V Volt. Elektrické napätie je priamo merateľná elektrická veličina.
Prečítajte si tiež: Recenzie elektronických terčov
Elektrické napätie je zdrojom elektrického náboja a pri zapojení na vodivý materiál vytvorí vo vodiči elektrický prúd. Vynájdením zdroja napätia sa umožnilo ďalej pokračovať v skúmaní elektriny.
Elektrickým prúdom sa zaoberal francúzsky fyzik André-Marie Ampére. Ten skúmal jeho magnetické účinky. Rovnomerný elektrický prúd I vo vodiči je definovaný ako pohyb elektrického náboja Q prierezom vodiča za určitý čas t.
Prechodom prúdu cez materiál sa zaoberal nemecký fyzik Georg Simon Ohm. Vynašiel vzťah medzi prúdom I a napätím U. Zaviedol pomernú veličinu elektrický odpor R. Je to tzv. Ohmov zákon, prúd je priamo úmerný napätiu a nepriamoúmerný odporu vodiča. Podľa neho je pomenovaná jednotka elektrického odporu Ohm, značí sa 1Ω.
Elektrické napätie na zdroji napätia je vytvorené odsatím elementárnych elektrických nábojov z jedného pólu na druhý. Znamená to, že keď prepojíme póly materiálom, kde sa môžu elektrické náboje pohybovať tak materiálom začne prúdiť elektrický prúd. Pretože na póloch zdroja je nerovnaký elektrický náboj, tak na bodový elektrický náboj medzi pólmi bude pôsobiť sila. Prenesením náboja od jedného pólu k druhému elektrostatický náboj vytvorí prácu. Čím bol elektrický náboj Q väčší a elektrické napätie U vyššie bude práca A ktorú vykonal pohybom elektrický náboj medzi pólmi zdroja väčšia.
Elektrický Kondenzátor
Spozoroval sa jav, keď dva vodivé dosky, ktoré boli vedľa seba a pripojili na ne zdroj napätia, tak na doskách ostal elektrický náboj. Meraním síl medzi doskami zistili, že sily medzi doskami sú tým väčšie čím je plocha platní väčšia a vzdialenosť dosiek menšia. Z výsledkov meraní bolo jasné, že existuje nejaká konštanta, ktorá je daná pre určitý izolačný materiál. S týchto poznatkov bol navrhnutý elektrický kondenzátor.
Máme dve rovnaké vodivé dosky ktoré sú rovnomerne od seba vzdialené v nevodivom prostredí a pripojím na ne napätie. Elektrický zdroj odsaje elementárne náboje z jednej dosky na druhú. Na dosky bude pôsobiť sila vyvolaná intenzitou elektrostatického poľa E ktorá je priamo úmerná napätiu U nepriamo úmerná vzdialenosti medzi doskami d. Medzi doskami bude tiecť elektrostatický tok ψ ktorý bude rovnaký ako uložený elektrický náboj Q na vodivých doskách Pomer elektrického toku a celkovej plochy dosiek, (elektód S sa nazýva elektrostatická indukcia D. Pomer elektrostatickej indukcie a intenzity udáva elektrostatickú vodivosť prostredia, permitivitu ε Permitivita prostredia ε pre rôzne materiály je súčin permitivity váku ε0 a pomernej resp. C je kapacita kondenzátora.
Elektrický kondenzátor má schopnosť pojať elektrostatický náboj medzi dve vodivé platne. Kapacita kondenzátora má vzorec C=εS/d Hodnoty S a d poznáme, ale hodnotu musíme určiť pre daný materiál elektrostatickú vodivosť permitivitu ε meraním materiálu. Z toho môžeme určiť vzorec, koľko môžeme pojať elekrického náboja medzi platne kondenzátora.
Kondenzátor sa skladá z vodivých dosiek oddelených nejakým izolantom. Keď odpojíme zdroj napätia od kondenzátora tak napätie na doskách ostane. Kapacita sa udáva vo Faradoch. Hodnotu 1F má kondenzátor ktorý uchová pri napätí 1V náboj 1C. Pripojením napätia na dosky kondenzátora sa elektrický náboj nedostane hneď ale postupne jednotlivé elementárne náboje sa budú vtláčať medzi dosky. Čim viac bude elementárnych nábojov vtlačených na doskách tým viac budú odpudivé sily pôsobiť na vonkajšie náboje. Elektrické náboje pri nabíjaní kondenzátora, budú vytvárať prácu, pretože sa budú stĺčať. Celková práca A ktorá pretlačí elektrické náboje medzi elektródy kondenzátora je taká veľká ako energia elektrostatického poľa v kondenzátore. Spočítaním jednotlivých nábojov resp. integrovaním dostaneme vzorec pre energiu ktorá bude uložená v kondenzátore.
Rozdielom elektrických nábojov medzi doskami pôsobí na nich sila F. Keby sme nimi pohybovali po dráhe d vytvorili by prácu. Merali to na tzv. Na ľavej strane sú vodivé dosky sú napojené na napätie a oddeľuje ich tekutý izolant. Na pravej strane je miska so závažím. Váhy porovnávajú tiaž, váhu závažia so silou ktorú vytvorí elektrické pole na elektródach. Keď je rúčka na nule tak sila na elektródach bude rovná sile ktorá pôsobí gravitačne na závažie. Pre základnú hodnotu bola zvolená nameraná hodnota v suchom vzduch pri normálnej teplote, predpoklad bol, že toto prostredie sa najviac približuje k hodnote vákua. Pre permitivitu vákua bola nameraná hodnota ε0=0,00000000008854187 F/m.
Elektrické Pole v Praxi
Elektrické pole má široké využitie:
- v elektrických a elektronických zariadeniach,
- pri činnosti kondenzátorov,
- v kopírkach a laserových tlačiarňach,
- pri ochrane pred bleskom pomocou bleskozvodov,
- v lekárskej technike a výskume.
Elektrické pole zohráva kľúčovú úlohu pri prenose energie aj informácií.
tags: #elektricky #naboj #fyziky #pre #teba