Wymiana ciepła

(1)

Wymiana ciepła

(2)

Wymiana ciepła

ELEKTROSTATYKA

0 500 1000 1500 2000

-500

czas

Tales z Miletu

Grecki filozof zna zjawisko przyciągania przez potarty przez sukno bursztyn (grecka nazwa:

elektron) słomek, piór, szpiku kostnego (papieru jeszcze nie znano).

600 p.n.e.

(3)

Wymiana ciepła

Gajusz Pliniusz Starszy

W "Historii Naturalnej"

wspomina o rażeniu

powodowanym przez rybę - drętwę brunatną

0 500 1000 1500 2000

-500

70 r.

czas

(4)

Wymiana ciepła

William Gilbert

Badał bursztyn. Wprowadził pojęcia: "elektryk", "nie- elektryk", "siła elektryczna", "przyciąganie

elektryczne". Ciało posiadające tę "bursztynopodobną"

siłę przyciągania jest od teraz nazywane

"naelektryzowanym". Gilbert wykazuje, że siarka,

żywica, lak do pieczęci, kryształ górski, szafir, diament mają takie same właściwości elektryczne jak bursztyn.

Buduje "versorium" - najwcześniejszą wersję elektroskopu, instrumentu do detekcji ładunku elektrycznego.

0 500 1000 1500 2000

-500

1600 r.

czas

(5)

Wymiana ciepła

Charles-Francois du Fay

Ogłosił teorię "dwu fluidów" - "szkłowego" i

"żywicowego". Był pomysłodawcą koncepcji

elektryczności "dwubiegunowej". Do jego czasów elektryczność, objaśniana przy pomocy koncepcji

effluvium uważana była za "unipolarną". Twierdził, że rodzaj elektryczności, jaka się wytwarza zależy nie tylko od tego, jaka substancja jest pocierana, ale także od tego, czym się ją pociera. Szkło pocierane

jedwabiem elektryzuje się elektrycznością "szkłową", kopal, bursztyn, żywica, wosk lakowy, kauczuk

pocierane flanelą lub futrem elektryzują się elektrycznością "żywiczną".

0 500 1000 1500 2000

-500

1733 r.

czas

(6)

Wymiana ciepła

Benjamin Franklin

Postulował, że elektryczność nie jest kreowana przez pocieranie szkła (jak dotychczas uważano), lecz

jedynie jest przenoszona z ciała na ciało. Wykazuje, że szkło zyskuje tyle elektryczności ile jej traci jedwab.

Wprowadza pojęcie elektryczności "dodatniej" i

"ujemnej„. Według Franklina kierunek przepływu elektryczności jest od dodatniej do ujemnej - w przyszłości przysporzy to kłopotów uczniom .

0 500 1000 1500 2000

-500

1747 r.

czas

(7)

Wymiana ciepła

Thomson wprowadził do fizyki pojęcie jonu gazowego oraz elektronu, stwierdzając jego uniwersalną naturę i po raz pierwszy określił jego stałą fizyczną. Opracował także teorię dwóch głównych metod oceny liczby

elektronów zawartych w atomach różnych

pierwiastków. Przyjął, że atom jest kulką materii o ładunku dodatnim, w której pogrążone są elektrony.

Prowadził prace nad przewodnictwem prądu

elektrycznego przez gazy. Za prace te otrzymał w 1906 roku Nagrodę Nobla z fizyki.

0 500 1000 1500 2000

-500

czas

Sir Joseph John Thomson

1896 r.

(8)

Wymiana ciepła

Ryby elektryczne

(9)

Wymiana ciepła

Ogień Świętego Elma

Ognie świętego Elma (ognie św.

Bartłomieja, ognie Kastora i Polluksa) – zjawisko akustyczno-optyczne w postaci małych, cichych, ciągłych, wyładowań

elektrycznych na różnych powierzchniach, a szczególnie krawędziach przedmiotów,

mające miejsce w czasie pogody

zapowiadającej burzę. Wyładowaniom tym mogą towarzyszyć bardzo ciche dźwięki w postaci syczenia lub świstu, a czasem może być to nawet głośny gwizd.

(10)

Wymiana ciepła

www.wikipedia.com http:/oen.dydaktyka.agh.edu.pl

(11)

Wymiana ciepła

Cała otaczająca nas materia zbudowana jest z atomów

Cząstki elementarne: protony (+1), elektrony (-1), neutrony (0)

Jeśli liczba elektronów = liczbie protonów – ciało elektrycznie obojętne Jeśli liczba elektronów ≠ liczbie protonów – ciało naelektryzowane

Istnieją dwa rodzaje ładunku elektrycznego

Dodatni Ujemny

+ -

Benjamin Franklin

(12)

Wymiana ciepła

ŁADUNEK ELEKTRYCZNY

Ciała naładowane wzajemnie na siebie oddziałują

Ładunki elektryczne o takich samych znakach odpychają się, a ładunki elektryczne o przeciwnych znakach przyciągają się

Pręt szklany naelektryzowany przez pocieranie jedwabiem Pręt plastikowy naelektryzowany przez pocieranie futrem

(13)

Wymiana ciepła

Zastosowanie elektrostatyki

Malowanie elektrostatyczne Bezdotykowy druk atramentowy

Osadzanie się popiołów w kominach

Napylanie warstw proszku

(14)

Wymiana ciepła

Przewodniki i izolatory

Nośniki ładunków elektrycznych:

- elektrony(-) -dziury (+)

-jądra atomowe(+) -aniony - jony ujemne(-) - kationy - jony dodatnie(+)

Ze względu na właściwości elektryczne danych ciał,

możemy wyróżnić przewodniki i izolatory.

(15)

Wymiana ciepła

Przewodniki i izolatory

Dobrymi przewodnikami są np. metale. Dzieje się tak, gdyż elektrony znajdujące się na zewnętrznych powłokach atomowych w metalach (tzw. elektrony walencyjne) są słabo związane z tworzącymi sieć krystaliczną jądrami atomowymi (regularnie

ułożonymi jonami dodatnimi). Elektrony te tworzą gaz elektronowy i mogą poruszać się, biorąc udział w przewodzeniu ładunku.

Przewodniki

Materiały półprzewodnikowe ( pierwiastki grupy IV np. krzem, german)

charakteryzują się przewodnictwem elektronowym lub dziurowym. Mają one najczęściej zastosowanie w przemyśle elektronicznym. W półprzewodnikach trudniej jest transportować nośniki ładunku niż w przewodnikach.

Półprzewodniki

Izolatory to np. szkło czy drewno. Ich budowa jest odmienna od budowy

przewodników. Nie występują tu mianowicie elektrony swobodne, więc nie mogą przenosić ładunku.

Izolatory

(16)

Wymiana ciepła

- pocieranie o siebie dwóch ciał, - dotknięcie ciała,

- przez indukcję.

ELEKTRYZOWANIA CIAŁ

(17)

Wymiana ciepła

Pocieranie

Elektryzowanie przez potarcie polega na tym, że podczas pocierania dwóch ciał, jedno z nich "gubi" elektrony, a drugie je przyłącza. W ten sposób to pierwsze ciało ładuje się ładunkiem dodatnim, a drugie ujemnym.

Umówiono się, że ładunek dodatni posiada potarta futrem laska szklana, natomiast

ujemny potarta papierem laska ebonitowa.

(18)

Wymiana ciepła

Dotyk

W metalach (przewodnikach)

Ten typ elektryzowania polega na przepływie elektronów z jednego ciała do drugiego podczas ich zetknięcia.

Po dotknięciu naelektryzowaną laską ebonitową płytki połączonej z prętem elektroskopu, przesuwamy ją powierzchnią naelektryzowaną

po powierzchni płytki. Na pręt elektroskopu przepływają elektrony z laski, a więc pręt i listki

z nim połączone uzyskają ujemny ładunek elektryczny.

Po dotknięciu naelektryzowaną laską szklaną płytki połączonej z prętem elektroskopu, przesuwamy ją powierzchnią naelektryzowaną

po powierzchni płytki. Z pręta elektroskopu przepływają elektrony do laski, a więc pręt i listki

z nim połączone uzyskają dodatni ładunek elektryczny.

(19)

Wymiana ciepła

Jeżeli mamy ciało naelektryzowane i obojętną kulkę metalową (odizolowaną od otoczenia), to możemy stwierdzić, że na jednym ciele jest nadmiar

elektronów (np. laska ebonitowa), a na drugim występuje równowaga (ciało jest obojętne). Obserwuje się zjawisko wyrównywania się stanów, tzn. po zetknięciu się danych dwóch ciał ładunki na nich zmienią się tak by na obu były równe.

Dotyk

(20)

Wymiana ciepła

Indukcję

W metalach (przewodnikach)

Zbliżenie ciała naelektryzowanego odpowiada wprowadzeniu ciała do pola elektrycznego.

W przewodniku wprowadzonym do pola elektrycznego ładunki swobodne przesuwają się tak, by wewnątrz przewodnika nie było pola elektrycznego. W wyniku czego przewodnik

pozostaje elektrycznie obojętny (tak jak przed zbliżeniem) jako całość, ale jego części uzyskują ładunek elektryczny zwany ładunkiem indukowanym.

Przesunięte ładunki zmieniają pole elektryczne nie tylko w przewodniku ale także w otaczającej przestrzeni. Po odsunięciu ładunku indukującego (bez rozdzielania) układ ładunków w

przewodniku powraca do poprzedniego stanu.

(21)

Wymiana ciepła

Ładunek jest skwantowany

ładunek elementarny – ładunek pojedynczego elektronu (-e).

Każdy ładunek q (dodatni lub ujemny) jest całkowitą wielokrotnością jego bezwzględnej wartości.

q=n

^.

e gdzie n = ±1, ±2, ±3

[1C = 6,24

^.

10

¹⁸

e] e=1,60

^.

10

^-19

C

(22)

Wymiana ciepła

Ładunek jest zachowany

W układzie ciał izolowanych elektrycznie od wszystkich innych ciał, ładunek może być przemieszczony z jednego ciała do drugiego, ale jego całkowita wartość nie może ulec zmianie.

B. Franklin

(23)

Wymiana ciepła

Wartość siły wzajemnego oddziaływania dwóch ładunków jest wprost proporcjonalna do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonala do kwadratu odległości między nimi.

Prawo to stosuje się jedynie do ładunków punktowych, czyli takich naładowanych ciał, których wymiary są bardzo małe w porównaniu do odległości między nimi lub też do ciał jednorodnych w kształcie kuli.

Prawo Coulomba

(24)

Wymiana ciepła

 ^N _C 

E q

F

0

 

Natężenie pola elektrostatycznego 

-centralne

Pole elektryczne

M. Faraday XIX

(25)

Wymiana ciepła

Linie pola elektrycznego wychodzą od ładunku dodatniego (gdzie się zaczynają) i skierowane są do ładunku ujemnego (gdzie się kończą)

(26)

Wymiana ciepła

Dwa ładunki

Dipol elektryczny

(27)

Wymiana ciepła

Pole elektryczne ładunku punktowego

2 0

4

0

1 r q F q

 



Siła F skierowana od ładunku punktowego, jeśli q jest ładunkiem dodatnim, do ładunku punktowego jeśli q jest ładunkiem ujemnym

03 02

01

0

F F .... F

F    





0 0 3 0

0 2 0

0 1

....

q F q

F q

E F



 





Wypadkowe pole elektryczne pochodzące, od więcej niż jednego Ładunku punktowego