ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Elektrostatykaklasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/przewodnik-w-polu-i-kondensator-plaski/

Fizyka · Elektrostatyka · kl. 3 · zakres rozszerzony

Przewodnik w polu i kondensator płaski

Dlaczego w metalowej klatce jesteś osłonięty od pola elektrycznego i jakie pole panuje między okładkami kondensatora płaskiego.

ok. 3 min czytania9 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Przewodnik w równowadze

  • W metalu swobodne elektrony w polu zewnętrznym przesuwają się tak długo, aż pole rozsuniętych ładunków zniesie pole zewnętrzne wewnątrz przewodnika.
−+−+−+−+E = 0przewodnik w polu zewnętrznym: wewnątrz E = 0
Przewodnik w polu zewnętrznym: ładunki rozsunięte na powierzchni, wewnątrz E = 0
Zapamiętaj

W przewodniku w równowadze pole wewnątrz jest zerowe, a nadmiarowy ładunek gromadzi się na powierzchni. Linie pola przy powierzchni są do niej prostopadłe.

  • Klatka Faradaya: wnętrze zamkniętej metalowej osłony (blachy, gęstej siatki) jest osłonięte od zewnętrznego pola elektrycznego. Dlatego metalowa karoseria chroni pasażerów przy uderzeniu pioruna, a ekran kabla zmniejsza zakłócenia.
  • Na naelektryzowanym przewodniku ładunek gromadzi się najgęściej na ostrzach (mocno zakrzywionych miejscach), więc tam pole jest największe. Stąd wyładowania ostrzowe i zasada działania piorunochronu.

2Kondensator płaski

  • Oznaczenia: E — natężenie pola między okładkami [V/m]; U — napięcie między okładkami [V]; d — odległość okładek [m].
Zapamiętaj

W kondensatorze płaskim pole między okładkami jest jednorodne, a jego natężenie wynosi E = U przez d.

  • Dane: U = 12 V, d = 0,1 mm = 1,0·10−⁠4 m. Wzór: E = U przez d.
  • Obliczenia: E = 12 V przez 1,0·10−⁠4 m = 1,2·105 V/m. Odpowiedź: E = 1,2·105 V/m. Przy tym samym U i 2 razy mniejszym d natężenie byłoby 2 razy większe.
  • Pojemność kondensatora i energia ½CU² są poza wymaganiami od 2024 r. (zob. temat o kondensatorze – dodatkowo).
Sprawdź, czy rozumiesz

Dlaczego wewnątrz metalowej klatki Faradaya nie ma zewnętrznego pola elektrycznego?

3Dielektryk (treść fakultatywna)

  • W dielektryku (izolatorze) ładunki nie wędrują, tylko lekko się przesuwają w cząsteczkach (polaryzacja). Powstaje pole przeciwne do zewnętrznego, więc pole wewnątrz materiału jest słabsze, ale – inaczej niż w metalu – niezerowe.
Uwaga na błąd

„W przewodniku w polu elektrycznym nie ma ładunków”

Ładunki są, tylko ułożyły się na powierzchni tak, że pole wewnątrz jest zerowe.

✎Ściąga: Przewodnik w polu i kondensator płaski

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • W przewodniku w równowadze pole wewnątrz jest zerowe, a nadmiarowy ładunek gromadzi się na powierzchni. Linie pola przy powierzchni są do niej prostopadłe.
  • W kondensatorze płaskim pole między okładkami jest jednorodne, a jego natężenie wynosi E = U przez d.
  • Klatka Faradaya: wnętrze zamkniętej metalowej osłony (blachy, gęstej siatki) jest osłonięte od zewnętrznego pola elektrycznego. Dlatego metalowa karoseria chroni pasażerów przy uderzeniu pioruna, a ekran kabla zmniejsza zakłócenia.
  • Oznaczenia: E — natężenie pola między okładkami [V/m]; U — napięcie między okładkami [V]; d — odległość okładek [m].
  • Dane: U = 12 V, d = 0,1 mm = 1,0·10−⁠4 m. Wzór: E = U przez d.
  • Obliczenia: E = 12 V przez 1,0·10−⁠4 m = 1,2·105 V/m. Odpowiedź: E = 1,2·105 V/m. Przy tym samym U i 2 razy mniejszym d natężenie byłoby 2 razy większe.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Jakie jest natężenie pola wewnątrz przewodnika w równowadze elektrostatycznej?

    1. Adwa razy większe niż na zewnątrz
    2. Bzero
    3. Crówne napięciu źródła
    4. Dtakie samo jak na zewnątrz
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: zero – Swobodne ładunki układają się tak, że ich pole całkowicie znosi pole zewnętrzne wewnątrz.

  2. Gdzie gromadzi się nadmiarowy ładunek naelektryzowanego przewodnika?

    1. AW środku
    2. BW jądrach atomów
    3. CNa powierzchni
    4. DRównomiernie w całej objętości
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Na powierzchni – Ładunki jednoimienne się odpychają, więc oddalają się od siebie, aż znajdą się na powierzchni.

  3. Dlaczego wewnątrz metalowej klatki Faradaya nie ma zewnętrznego pola elektrycznego?

    1. AMetal pochłania całe światło
    2. BMetal jest izolatorem
    3. CW klatce panuje próżnia
    4. DSwobodne ładunki w metalu przemieszczają się i znoszą pole wewnątrz
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: Swobodne ładunki w metalu przemieszczają się i znoszą pole wewnątrz – Przesunięte ładunki wytwarzają pole przeciwne do zewnętrznego i je kompensują.

  4. Gdzie pole przy powierzchni naelektryzowanego przewodnika jest największe?

    1. AWszędzie jednakowe
    2. BNa płaskich fragmentach
    3. CPrzy ostrzach
    4. DWewnątrz przewodnika
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Przy ostrzach – Na ostrzach gęstość ładunku jest największa, więc pole też.

  5. Napięcie między okładkami kondensatora płaskiego wynosi 12 V, a odległość okładek 0,1 mm. Natężenie pola to

    1. A120 V/m
    2. B1,2·105 V/m
    3. C1,2·103 V/m
    4. D1,2·10−⁠3 V/m
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 1,2·105 V/m – E = U/d = 12 V / 10−⁠4 m = 1,2·105 V/m; 120 V/m wychodzi przy d w milimetrach.

  6. Odległość okładek kondensatora płaskiego zmniejszono 2 razy przy stałym napięciu. Natężenie pola

    1. Anie zmieniło się
    2. Bwzrosło 4 razy
    3. Czmalało 2 razy
    4. Dwzrosło 2 razy
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: wzrosło 2 razy – E = U/d, więc przy stałym U i d mniejszym 2 razy E rośnie 2 razy.

  7. Jak polaryzacja dielektryka wpływa na pole wewnątrz tego materiału?

    1. ANie zmienia go
    2. BOsłabia je
    3. CCałkowicie je znosi
    4. DWzmacnia je
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Osłabia je – Przesunięte ładunki wytwarzają pole przeciwne do zewnętrznego, więc pole w dielektryku jest słabsze, ale niezerowe.

  8. Który przedmiot działa jak klatka Faradaya?

    1. ASzklana szyba
    2. BMetalowa karoseria samochodu
    3. CDrewniana szafa
    4. DPlastikowa obudowa
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Metalowa karoseria samochodu – Zamknięta osłona z przewodnika ekranuje wnętrze od zewnętrznego pola elektrycznego; izolatory tego nie robią.

Cały dział „Elektrostatyka”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięcieNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemSiła Lorentza i siła elektrodynamicznaTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki