5. Elektrostatika

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 = πε [m/F; F/m]

ε – permitivita prostředí [F/m] … ε = ε0 . εr

ε0 – permitivita vakua ε0 = 8,85 . 10-12 [F/m]

εr – 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).