• 5. Elektrostatika
  • 5.1.2 Elektrostatické pole
  • 5.2 Elektrostatické pole Coulombův zákon
  • 5.3 Elektrické vlastnosti izolantů
  • Elektrostatické stínění 5.3.2 Elektrická pevnost dielektrika
  • 5.4 Kapacita 5.4.1 Kapacita deskového kondenzátoru
  • Kondenzátor s proměnlivou kapacitou 5.4.2 Spojování kondenzátorů
  • Paralelní spojení kondenzátorů
  • Sériové spojení kondenzátorů
  • Zapamatovat
  • Dielektrika za sebou Výsledná kapacita C = Celková kapacita se chová jako dvě kapacity zapojené do série. 5.4.4 Energie elektrostatického pole
  • 5.5 Elektrostatické jevy v praxi
  • 5. Elektrostatika Obsah Elektrostatika




    Download 81.48 Kb.
    Sana22.11.2020
    Hajmi81.48 Kb.


    5. Elektrostatika

    Obsah
    5. Elektrostatika

    5.1 Základní pojmy

    5.1.1 Elektrický náboj

    5.1.2 Elektrostatické pole

    5.1.3 Zobrazování elektrostatických polí

    5.2 Elektrostatické pole

    5.3 Elektrické vlastnosti izolantů

    5.3.1 Polarizace dielektrika

    5.3.2 Elektrická pevnost dielektrika

    5.4 Kapacita

    5.4.1 Kapacita deskového kondenzátoru

    5.4.2 Spojování kondenzátorů

    5.4.3 Složená dielektrika

    5.4.4 Energie elektrostatického pole

    5.5 Elektrostatické jevy v praxi

    5. Elektrostatika

    Elektrostatika se zabývá elektrickými náboji v klidu.


    5.1 Základní pojmy

    5.1.1 Elektrický náboj

    Elektrické náboje jsou dvojí polarity – kladné a záporné. Elektrický náboj je pouze na povrchu vodičů, nikoliv uvnitř.



    5.1.2 Elektrostatické pole

    Kolem každého elektricky nabitého tělesa je elektrické pole. Je neviditelné. Průběh pole se znázorňuje siločarami. Kde je pole větší, jsou siločáry hustší.



    5.1.3 Zobrazování elektrostatických polí

    Podle rozložení siločar v prostoru rozlišujeme pole homogenní a nehomogenní.


    Homogenní pole se zobrazuje rovnoběžnými siločarami. Intenzita elektro-statického pole je konstantní (např. u rovinného kondenzátoru).


    Homogenní pole
    Nehomogenní pole je takové, kde hustota indukčního toku není stejná (např. mezi dvěma soustřednými kulovými plochami).


    Nehomogenní pole
    Elektrostatické pole vznikne mezi dvěma vodivými deskami, na něž připojíme elektrické napětí. Na deskách se objeví elektrické náboje opačných polarit. Vodivé desky se nazývají elektrodami, jsou odděleny izolantem (dielektrikem). Mezi dvěma opačně nabitými deskami je pole homogenní (stejnorodé). Kolem osamoceně nabité koule je pole radiální.


    Elektrostatické pole
    Dohodou se stanovilo, že siločáry vycházejí z kladně nabitého tělesa do záporného. Siločáry vycházejí kolmo z těles a nikde se neprotínají. V homogenním poli jsou rovnoběžné. Na hranách a hrotech těles jsou blíže u sebe.
    5.2 Elektrostatické pole

    Coulombův zákon vyjadřuje sílu mezi dvěma náboji v klidu.



    Coulombův zákon
    F = k . [N; m/F, C, C, m]
    kde k = [m/F; F/m]

     – permitivita prostředí [F/m] …. = 0 . r

    0 – permitivita vakua 0 = 8,85 . 10-12 [F/m]

    r – relativní permitivita

    Q1, Q2 – náboje (souhlasné se odpuzují, nesouhlasné přitahují)

    r – vzdálenost nábojů


    5.3 Elektrické vlastnosti izolantů

    Dielektrika obsahují velké množství nabitých částic, navenek se však jeví jako elektricky neutrální.



    5.3.1 Polarizace dielektrika

    Vložením dielektrika (izolantu) do elektrostatického pole se vlivem polarizace povrchových atomů tělesa na toto dielektrikum jeví toto dielektrikum jako elektricky nabité.



    Uspořádáním dipólů v dielektriku vzniká elektrické pole, které zmenšuje pole vnější. Proto relativní (poměrná) permitivita vyjadřuje, kolikrát je elektrické pole v dielektriku menší než ve vakuu.


    Polarizace
    Jelikož elektrostatické pole nemůže existovat ve vodivém prostoru, lze v určitém prostoru elektrostatické pole tzv. „ odstínit “ (např. v dutině vodivého válce, kde indukční tok začíná a končí na povrchu vodičů).


    Elektrostatické stínění
    5.3.2 Elektrická pevnost dielektrika

    Velikost polarizace dielektrika závisí na velikosti intenzity elektrického pole. Při překročení určité meze se některé elektrony vytrhnou z obalů atomů dielektrika. Tyto elektrony strhávají další, až dojde k hromadnému průchodu elektronů dielektrikem. Jevu se říká průraz dielektrika. Izolant se stává vodivým, začne jím procházet proud. U pevných dielektrik dochází k mechanickému poškození. Mez, než dojde k průrazu dielektrika, se nazývá elektrická pevnost.

    Vzhledem k tomu, že izolanty nejsou dokonalé, závisí elektrická pevnost na chemické čistotě, povrchovém znečištění, mechanickém namáhání, a dále na teplotě, tlaku a vlhkosti prostředí, ve kterém se izolant nachází.

    Pravděpodobnost průrazu se zmenší, upraví-li se izolant na vrstvený. Jednotkou elektrické pevnosti je V/m (častěji kV/mm).


    5.4 Kapacita

    5.4.1 Kapacita deskového kondenzátoru

    Každé těleso je schopné pojmout určitý největší volný náboj. Říká se, že má určitou kapacitu C. Jednotkou je farad (F). Používají se menší jednotky pF, nF a μF.

    Součástky, které mají obzvláště velkou kapacitu, se nazývají kondenzátory.
    Soustava dvou desek oddělených dielektrikem tvoří deskový kondenzátor. Kapacita deskového kondenzátoru závisí na plošném obsahu účinné plochy desek, tj. části, kterou se desky překrývají. Kapacita též závisí na druhu dielektrika mezi deskami.
    C = 0 . r . [F; F/m, - , m2, m]

    kde 0 – permitivita vakua

    r – relativní permitivita

    S – účinná plocha desek

    l – vzdálenost desek
    Při nabíjení kondenzátoru se zvětšuje potenciál mezi deskami.
    U = [V; C, F]
    Pozn.: V obvodech s kondenzátory může po odpojení od zdroje zůstat několik minut značné napětí. Provádí se vybíjení.
    Kondenzátory s proměnlivou kapacitou jsou provedeny jako deskové, a jejich kapacita se mění zasouváním jedné strany desek (otočné) do druhé skupiny desek (pevné). Mění se tím účinná plocha desek. Dielektrikem bývá vzduch.
    C = (n – 1) . 0 . r . [F; -, F/m, - , m2, m]
    kde n – počet desek

    S – účinná plocha desek




    Kondenzátor s proměnlivou kapacitou
    5.4.2 Spojování kondenzátorů

    a) paralelně (vedle sebe)




    Paralelní spojení kondenzátorů
    C = C1 + C2 + C3 + …….. + Cn = Ck
    Při paralelním spojení kondenzátorů se výsledná kapacita rovná součtu kapacit jednotlivých kondenzátorů.
    b) sériové (za sebou)


    Sériové spojení kondenzátorů
    = + + + ……+ =
    Při sériovém zapojení kondenzátorů se převrácená hodnota výsledné kapacity rovná součtu převrácených hodnot jednotlivých kapacit kondenzátorů.
    Zapamatovat:

    C1,2 = C1,2,3 =


    5.4.3 Složená dielektrika

    Dva vodiče lze vzájemně izolovat jedním nebo více izolanty uspořádanými vedle sebe nebo za sebou.

    a) dielektrika vedle sebe

    Vodivé desky jsou odděleny dielektriky s různou poměrnou permitivitou (r1, r2) stejné tloušťky (l) a je mezi nimi napětí (U).




    Dielektrika vedle sebe
    Celkový náboj

    Q = Q1 + Q2

    výsledná kapacita
    C = = = 0 . r1 . + 0 . r2 . = C1 + C2
    Uspořádání se chová jako dva kondenzátory spojené vedle sebe. Elektrická pevnost této izolace je dána dielektrikem s menší elektrickou pevností.
    b) dielektrika za sebou

    Dvě vodivé desky jsou izolovány dvěma vrstvami s různou permitivitou (r1, r2), desky mají stejnou plochu (S), náboje (Q) na deskách jsou stejné.




    Dielektrika za sebou
    Výsledná kapacita
    C =
    Celková kapacita se chová jako dvě kapacity zapojené do série.
    5.4.4 Energie elektrostatického pole

    Energie potřebná k přenesení náboje na kondenzátor


    We = Q . U
    a protože

    Q = C . U  We = C . U2 [V; C, F]


    Dodaná energie, která se spotřebovala k polarizaci dielektrik, zůstane v polarizovaném dielektriku ve formě energie elektrostatického pole. Nabitý kondenzátor je zdrojem elektrické energie. Při spojení elektrod kondenzátoru nakrátko se energie elektrostatického pole změní na energii tepelnou, kterou se zahřejí vodiče.
    5.5 Elektrostatické jevy v praxi

    Elektrické náboje vznikají mechanickým třením nestejnorodých látek (čerpání těkavých hořlavých látek, běžící řemeny, dopravní pasy, pohyb vozidel s pryžovými pneumatikami, v letectví – balóny a kovová letadla, barvírny, čistírny, tiskárny, práce se sypkými materiály, blesky).



    Náboje je nutné co nejrychleji odvést do země nebo učinit opatření, aby nedošlo ke škodlivým účinkům (zmenšení rychlosti pásu, uzemnění strojů, polovodivé podlahy, vhodné oblečení, zvětšování vodivosti vzduchu ultrafialovým zářením a zvětšením vlhkosti).

    Elektrostatické jevy lze i využívat (čištění vzduchu a plynů od mechanický nečistot, k odpopílkování kouře). V měřících přístrojích slouží k měření napětí u elektrostatických voltmetrů.
    Download 81.48 Kb.




    Download 81.48 Kb.

    Bosh sahifa
    Aloqalar

        Bosh sahifa



    5. Elektrostatika Obsah Elektrostatika

    Download 81.48 Kb.