Krótki przewodnik po fizyce

Wzory z głównych działów

Elektrostatyka

dział fizyki zajmujący się ładunkami elektrycznymi w spoczynku.

1. Oddziaływanie Elektryczne i Pole

Siła Oddziaływania (Coulomba):

Wzór Prawa Coulomba

F=k· |q1·q2| r2
Wyjaśnienie

F — siła oddziaływania między ładunkami punktowymi; q₁ i q₂ — wartości ładunków, r — odległość między nimi; k — stała proporcjonalności: 9·10⁹ N·m²/C². Siła maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości.

Natężenie Pola Elektrycznego:

Wzór na natężenie pola elektrycznego

E= Fq= k·qr2
Wyjaśnienie

E — natężenie pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek q w odległości r. Pokazuje siłę, jaką pole wywiera na jednostkowy ładunek dodatni. Wektor E skierowany jest od ładunku dodatniego, do ujemnego — z definicji pola.

Praca Pola:

Wzór na pracę pola elektrycznego

A=F·d=q·E·d
Komentarz

A — praca wykonana przy przemieszczaniu ładunku q w jednorodnym polu E na odległość d. Jeśli ruch jest zgodny z polem — praca jest dodatnia, przeciwnie do pola — ujemna. Związana ze zmianą energii potencjalnej.

2. Potencjał i Energia

Energia Potencjalna Oddziaływania:

Wzór na energię potencjalną oddziaływania dwóch ładunków

Wp=k· q1·q2 r
Wyjaśnienie

Energia oddziaływania między dwoma ładunkami w odległości r. Gdy odległość dąży do nieskończoności, energia dąży do zera. Znak zależy od znaków ładunków: przyciąganie lub odpychanie.

Potencjał Elektryczny:

Wzór na potencjał elektryczny

ϕ= Wpq= k·qr= E·d
Komentarz

Potencjał — energia przypadająca na jednostkowy ładunek dodatni. k·q/r — wzór dla ładunku punktowego, E·d — dla pola jednorodnego. Wielkość względna: zdefiniowana względem wybranego punktu.

Praca Poprzez Potencjał:

Wzór na pracę pola elektrycznego poprzez różnicę potencjałów

A=q·( ϕ1-ϕ2)
Wyjaśnienie

Ruch ładunku q między punktami o potencjałach φ₁ i φ₂. Praca jest dodatnia, jeśli ruch jest w kierunku niższego potencjału. Ujemna — jeśli przeciwnie do pola elektrycznego.

Energia Ładunku w Polu:

Wzór na energię potencjalną ładunku w polu elektrycznym

Wp= 12·q·ϕ
Komentarz

Energia W = ½·q·φ — jest to energia zmagazynowana w polu elektrycznym wytworzonym przez ładunek q o potencjale φ. Nie odnosi się do energii potencjalnej samego ładunku. Czynnik ½ pojawia się z powodu stopniowego gromadzenia ładunku: w miarę ładowania potencjał wzrasta od 0 do φ. Wzór opisuje pracę potrzebną do pełnego naładowania przewodnika lub kondensatora.

3. Pojemność i Kondensatory

Ładunek Kondensatora:

Wzór na ładunek kondensatora

q=C·U
Wyjaśnienie

q — ładunek na okładkach; C — pojemność kondensatora; U — napięcie między okładkami. Im większe napięcie i pojemność — tym większy zmagazynowany ładunek.

Pojemność Kondensatora Płaskiego:

Wzór na pojemność kondensatora płaskiego

C = ϵ ϵ 0 S d
Komentarz

C — pojemność; ε — względna przenikalność elektryczna; ε₀ — stała elektryczna; S — powierzchnia okładek; d — odległość między nimi. Wzór pokazuje zależność pojemności od geometrii i materiału.

Energia Kondensatora:

Wzory na energię naładowanego kondensatora

W= C2·U2= q22C= q2·U
Wyjaśnienie

W — energia zmagazynowana w polu elektrycznym kondensatora. Warianty wzoru zależą od znanych wielkości: pojemności, ładunku, napięcia. Energia jest rozłożona w objętości między okładkami.