1Przewodnik w równowadze
- W metalu swobodne elektrony w polu zewnętrznym przesuwają się tak długo, aż pole rozsuniętych ładunków zniesie pole zewnętrzne wewnątrz przewodnika.
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].
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).
Dlaczego wewnątrz metalowej klatki Faradaya nie ma zewnętrznego pola elektrycznego?
Przesunięte ładunki wytwarzają pole przeciwne do zewnętrznego i je kompensują.
To jedno z 8 pytań quizu. Rozwiąż cały quiz →
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.
„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.
Jakie jest natężenie pola wewnątrz przewodnika w równowadze elektrostatycznej?
- Adwa razy większe niż na zewnątrz
- Bzero
- Crówne napięciu źródła
- Dtakie samo jak na zewnątrz
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: zero – Swobodne ładunki układają się tak, że ich pole całkowicie znosi pole zewnętrzne wewnątrz.
Gdzie gromadzi się nadmiarowy ładunek naelektryzowanego przewodnika?
- AW środku
- BW jądrach atomów
- CNa powierzchni
- DRównomiernie w całej objętości
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: Na powierzchni – Ładunki jednoimienne się odpychają, więc oddalają się od siebie, aż znajdą się na powierzchni.
Dlaczego wewnątrz metalowej klatki Faradaya nie ma zewnętrznego pola elektrycznego?
- AMetal pochłania całe światło
- BMetal jest izolatorem
- CW klatce panuje próżnia
- 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.
Gdzie pole przy powierzchni naelektryzowanego przewodnika jest największe?
- AWszędzie jednakowe
- BNa płaskich fragmentach
- CPrzy ostrzach
- DWewnątrz przewodnika
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź C: Przy ostrzach – Na ostrzach gęstość ładunku jest największa, więc pole też.
Napięcie między okładkami kondensatora płaskiego wynosi 12 V, a odległość okładek 0,1 mm. Natężenie pola to
- A120 V/m
- B1,2·105 V/m
- C1,2·103 V/m
- 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.
Odległość okładek kondensatora płaskiego zmniejszono 2 razy przy stałym napięciu. Natężenie pola
- Anie zmieniło się
- Bwzrosło 4 razy
- Czmalało 2 razy
- 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.
Jak polaryzacja dielektryka wpływa na pole wewnątrz tego materiału?
- ANie zmienia go
- BOsłabia je
- CCałkowicie je znosi
- DWzmacnia je
Sprawdź odpowiedź
Odpowiedź B: Osłabia je – Przesunięte ładunki wytwarzają pole przeciwne do zewnętrznego, więc pole w dielektryku jest słabsze, ale niezerowe.
Który przedmiot działa jak klatka Faradaya?
- ASzklana szyba
- BMetalowa karoseria samochodu
- CDrewniana szafa
- 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.