Sieci Gurumuda
Moment pędu. Wielkość ruchu obrotowego, która jest identyczna z masą (m) w ruchu liniowym, to moment bezwładności (I). Wielkość ruchu obrotowego, która jest identyczna z prędkością (v) w ruchu liniowym, to prędkość kątowa (ω). Zatem obracający się obiekt ma moment pędu, który może… Czytaj więcej
Przyjrzyjmy się obracającej się cząstce. Cząstce o masie m przyłożono siłę F, dzięki czemu obraca się ona wokół osi O. Odległość cząstki od osi obrotu wynosi r. Po pierwsze, cząstka jest w spoczynku (v = 0). Po poruszeniu się siłą F, cząstki poruszają się z określoną prędkością, dzięki czemu mają przyspieszenie styczne. Zależność między siłą (F), masą (m) i przyspieszeniem stycznym cząstek wyraża równanie 3:
W przewodniku takim jak miedź znajdują się elektrony, które poruszają się chaotycznie z dużą prędkością, ale nie uciekają z metalu. Elektrony, które mogą się swobodnie poruszać, nazywane są elektronami swobodnymi. Chociaż elektrony poruszają się swobodnie we wszystkich kierunkach, nie występuje całkowity przepływ elektronów w jednym konkretnym kierunku. Taka sytuacja występuje, gdy nie ma różnicy potencjałów między dwoma końcami drutu miedzianego.
Po podłączeniu przewodu do źródła prądu elektrycznego między dwoma końcami przewodu miedzianego powstaje różnica potencjałów, co powoduje powstanie pola elektrycznego w jego wnętrzu. Istnienie pola elektrycznego powoduje, że swobodne elektrony doświadczają siły elektrostatycznej F = q E = e E, gdzie F = siła elektrostatyczna , e = ładunek elektronu, E = pole elektryczne . Ta siła elektrostatyczna powoduje, że wszystkie elektrony poruszające się swobodnie przyspieszają się, co jest zgodne z kierunkiem siły elektrostatycznej.
Definicja kondensatora to urządzenie magazynujące ładunek elektryczny i energię potencjalną. Prosty kondensator składa się z dwóch płyt lub arkuszy przewodnika, umieszczonych blisko siebie, ale nie stykających się ze sobą i rozdzielonych izolatorem lub próżnią. Przewodniki to materiały, które mogą przewodzić prąd elektryczny, takie jak metale, natomiast izolatory to materiały, które nie przewodzą prądu elektrycznego, takie jak plastik.
Początkowo oba przewodniki nie są naładowane elektrycznie ani elektrycznie obojętne. Aby jeden przewodnik był naładowany dodatnio, a drugi ujemnie, musi nastąpić transfer elektronów z jednego przewodnika do drugiego. Elektrony znajdują się na powierzchni atomu, więc łatwo się przemieszczają. Po przemieszczeniu elektronów z jednego przewodnika do drugiego, jeden z przewodników ma nadmiar elektronów (brak protonów).
W ten sposób naładuje się ujemnie, podczas gdy drugi przewodnik ma niedobór elektronów (nadmiar protonów), co powoduje naładowanie dodatnie. Szczegółowy opis procesu ładowania ładunków elektrycznych na kondensatorach jest omawiany w kontekście magazynowania energii elektrycznej w kondensatorach.
Potencjał elektryczny definiuje się jako energię potencjalną elektryczną przypadającą na jednostkę ładunku. Załóżmy, że ładunek q w punkcie a ma energię potencjalną równą EP a , wówczas potencjał elektryczny w punkcie a jest sformułowany następująco:
V = potencjał elektryczny, EP = energia potencjalna elektryczna, q = ładunek elektryczny
V występuje nie tylko w punkcie a, ale także we wszystkich punktach pola elektrycznego. Punkt a jest przykładem. Jak wyjaśnimy później, V nie zależy od ładunku q.
Przed zapoznaniem się z tym tematem należy najpierw zrozumieć pojęcie pracy, sił zachowawczych, związek między siłami zachowawczymi a energią potencjalną , siłami elektrycznymi i polem elektrycznym.
Oprócz siły grawitacji i siły sprężystości, innym przykładem siły zachowawczej jest siła elektryczna. Aby lepiej zrozumieć, dlaczego siła elektryczna nazywana jest siłą zachowawczą, zapoznaj się z poniższym wyjaśnieniem.
Pole elektryczne wytwarzane przez pojedynczy ładunek punktowy
Aby obliczyć pole elektryczne wytwarzane przez pojedynczy ładunek dodatni, pierwszym krokiem jest wybranie sferycznej powierzchni Gaussa o promieniu r, której środek znajduje się w punkcie ładunku. Powierzchnia kuli wynosi 4πr.2.
Pole elektryczne wychodzące ze środka kuli przenika prostopadle do jej powierzchni, tak że wzór strumienia pola elektrycznego wynosi Φ = E A. Wzór prawa Gaussa wynosi Φ = Q/ε o
W odniesieniu do prawa Coulomba badano siłę oddziaływania między ładunkami elektrycznymi. W przeglądzie pola elektrycznego omówiono inną postać prawa Coulomba, wyrażoną równaniem F = q E,
gdzie F to siła elektryczna, q to ładunek elektryczny, a E to pole elektryczne. Można powiedzieć, że prawo Coulomba to prawo fizyki, które wyjaśnia związek między ładunkiem elektrycznym (q) a polem elektrycznym (E).
Prawo Gaussa to kolejne prawo fizyki, które wyjaśnia związek między ładunkami elektrycznymi a polami elektrycznymi. Prawo Gaussa zostało sformułowane przez Carla Friedricha Gaussa (1777–1855), niemieckiego fizyka teoretycznego i matematyka.
W odniesieniu do pola elektrycznego omówiono definicję i równanie pola elektrycznego , które można wykorzystać do obliczenia natężenia pola elektrycznego wytwarzanego przez ładunek elektryczny, kilka ładunków elektrycznych lub rozkład ładunku elektrycznego. Obliczenie natężenia pola elektrycznego wytwarzanego przez ładunek elektryczny lub dwa ładunki elektryczne można łatwo rozwiązać za pomocą wzoru na natężenie pola elektrycznego. Jeśli oblicza się natężenie pola elektrycznego wytwarzanego przez rozkład ładunku elektrycznego, obliczenia są bardziej skomplikowane, jeśli użyje się wzoru na natężenie pola elektrycznego, ale łatwiej jest skorzystać z prawa Gaussa . Przed dogłębnym zapoznaniem się z prawem Gaussa, należy najpierw zrozumieć pojęcie strumienia pola elektrycznego ze względu na koncepcję strumienia elektrycznego używaną w prawie Gaussa.
W temacie ładunku elektrycznego, dowiedziano się, że ładunki podobne odpychają się, podczas gdy ładunki różnoimienne przyciągają się. Jeśli dodatnio naładowany obiekt zostanie przybliżony do ujemnie naładowanego obiektu, oba obiekty przyciągają się do siebie, tak że zbliżają się do siebie. I odwrotnie, jeśli dodatnio naładowany obiekt zostanie przybliżony do dodatnio naładowanego obiektu, to dwa obiekty odpychają się, tak że oddalają się od siebie. Jak badano w temacie prawa Coulomba, naładowane elektrycznie obiekty mogą przyspieszać inne naładowane elektrycznie obiekty, ponieważ istnieje siła elektryczna działająca między tymi naładowanymi elektrycznie obiektami. Siła elektryczna wywierana przez naładowany elektrycznie obiekt na inne naładowane elektrycznie obiekty jest jednym z przykładów siły, która może działać bez kontaktu. Innym przykładem siły, która może działać na odległość, jest siła grawitacji . Siła grawitacji jest wywierana przez obiekt masowy na inne obiekty masowe.