Το Ηλεκτρικό Πεδίο Στη μνήμη τού Ανδρέα Κασσέτα.

Παρουσίαση με θέμα: "Το Ηλεκτρικό Πεδίο Στη μνήμη τού Ανδρέα Κασσέτα."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Το Ηλεκτρικό Πεδίο Στη μνήμη τού Ανδρέα Κασσέτα

2 1687 Δηλαδή: η μάζα m1 ασκεί ελκτική δύναμη στη m2 και η m2 στη m1. Isaac Newton

3 Δηλαδή: το φορτίο q1 ασκεί δύναμη στο q2 και το q2 στο q1. Αλλά.…
1784 Δηλαδή: το φορτίο q1 ασκεί δύναμη στο q2 και το q2 στο q1. Αλλά.… Charles-Augustin de Coulomb

4 Δεν φαίνονται καλά τα πράγματα. Μήπως υπάρχει άλλη απάντηση;
α) Δυνάμεις από απόσταση;; β) Και πώς μεταφέρονται αυτές οι δυνάμεις;; γ) Και πόσο γρήγορα διαδίδονται;; Με πόση ταχύτητα;; Με άααπειρηηηη;; Δεν φαίνονται καλά τα πράγματα. Μήπως υπάρχει άλλη απάντηση;

5 Η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ Τι λέγεται ηλεκτρικό πεδίο ;
Η έννοια ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ Τι λέγεται ηλεκτρικό πεδίο ; Πώς δημιουργείται ; Πώς περιγράφεται ;

6 - F Q Ποιος όμως ασκεί αυτή τη δύναμη; + q
Τα δύο φορτία Q και q αλληλεπιδρούν. Ένας τρόπος για να περιγράψουμε την αλληλεπίδραση είναι να πούμε ότι «στο q ασκείται ΔΥΝΑΜΗ» Ποιος όμως ασκεί αυτή τη δύναμη; - + q F Q την ασκεί « το φορτίο Q ακαριαία και από απόσταση » απάντησε στα γαλλικά, το έτος 1784, ο Charles Coulomb. την ασκεί « το ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ που έχει δημιουργηθεί από το φορτίο Q » απάντησε στα αγγλικά, ο Michael Faraday, το 1820.

7 Ηλεκτρικό πεδίο; δηλαδή τι ;
Ηλεκτρικό πεδίο; δηλαδή τι ; Από ηλεκτρικό φορτίο το οποίο θα θεωρείται η ΠΗΓΗ του πεδίου Χώρος μέσα στον οποίο ασκείται ΔΥΝΑΜΗ σε οποιονδήποτε «επισκέπτη» με ηλεκτρικό φορτίο F επισκέπτης με ηλεκτρικό φορτίο (υπόθεμα) Και πώς δημιουργείται ένα ηλεκτρικό πεδίο;

8 Τι είναι λοιπόν το πεδίο; …και σε τι μας χρησιμεύει;
Το πεδίο είναι ένας χώρος που έχει την ιδιότητα να ασκεί δύναμη στο κατάλληλο «υπόθεμα» που θα μεταφερθεί εντός του. Την ιδέα συνέλαβε ο Faraday. Η έννοια του πεδίου μας βοηθά να εξηγήσουμε τη δύναμη που μπορεί να ασκείται από απόσταση!

9 Μία μάζα δημιουργεί γύρω της βαρυτικό πεδίο.
Αν μία άλλη μάζα (κατάλληλο «υπόθεμα») μεταφερθεί σ’ αυτό το χώρο το πεδίο θα της ασκήσει δύναμη, βαρυτική δύναμη. Ένα φορτίο δημιουργεί γύρω του ηλεκτρικό πεδίο. Αν ένα άλλο φορτίο (κατάλληλο «υπόθεμα») μεταφερθεί σ’ αυτό το χώρο το πεδίο θα του ασκήσει δύναμη, ηλεκτρική δύναμη. Το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από ακίνητο σημειακό ηλεκτρικό φορτίο ονομάζεται Ηλεκτροστατικό πεδίο Coulomb. Υπάρχει και το μαγνητικό πεδίο.

10 Το ακίνητο σημειακό φορτίο +Q δημιουργεί γύρω του ηλεκτρικό πεδίο.
Α r Ο Coulomb θα έλεγε: Το φορτίο +Q ασκεί δύναμη στο φορτίο +q. Ο Faraday θα έλεγε: Το πεδίο του φορτίου +Q ασκεί δύναμη στο φορτίο +q. Βέβαια, και για τους δύο

11 Πώς περιγράφεται ένα ηλεκτρικό πεδίο ;
Με την έννοια ΕΝΤΑΣΗ η οποία είναι απόγονος της έννοιας ΔΥΝΑΜΗ μέγεθος διανυσματικό Με την έννοια ΔΥΝΑΜΙΚΟ που είναι απόγονος της έννοιας ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ μέγεθος μονόμετρο Με τη γεωμετρική έννοια ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ

12 Αν σε ένα γεωμετρικό σημείο Α του πεδίου
Αν σε ένα γεωμετρικό σημείο Α του πεδίου Ένταση του πεδίου στο σημείο Α βρεθεί ένα θετικό φορτίο q επισκέπτης Α στο φορτίο q θα ασκηθεί ΔΥΝΑΜΗ η τιμή, F, της δύναμης θα είναι ανάλογη με την τιμή του q F = E q θα είναι ίση με «κάτι» επί «q» Το «κάτι» είναι ΤΟ ΜΕΤΡΟ - η τιμή - Ε της ΕΝΤΑΣΗΣ του πεδίου στο σημείο Α. Περιγράφει το «πόσο ισχυρό» είναι το πεδίο «εκεί» η κατεύθυνση της δύναμης θα είναι πάντα η ίδια ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλη είναι η τιμή του q η σταθερή αυτή κατεύθυνση της δράσης όλων των δυνάμεων σε οποιοδήποτε θετικό φορτίο βρεθεί στο σημείο Α είναι ένα χαρακτηριστικό στοιχείο του σημείου Α και λέγεται ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗ ΤΗΣ ΕΝΤΑΣΗΣ του πεδίου στο σημείο Α

13 Η ιδέα για την έννοια της Έντασης
(1) Α r r Β (2) (1) και (2) Παρατηρούμε, ότι όποιο φορτίο κι αν φέρουμε σ’ ένα σημείο του πεδίου, το πηλίκο της δύναμης που ασκείται σ’ αυτό από το πεδίο προς το φορτίο παραμένει σταθερό.

14 Ένταση ηλεκτρικού πεδίου Μονάδα μέτρησης στο SI:
Ένταση σε σημείο ηλεκτρικού πεδίου λέμε το διανυσματικό μέγεθος που έχει μέτρο ίσο με το πηλίκο του μέτρου της δύναμης που ασκείται σε φορτίο που βρίσκεται στο σημείο αυτό προς το φορτίο. Μονάδα μέτρησης στο SI: Άλλη μονάδα, η οποία επίσης χρησιμοποιείται, είναι το

15 Εύρεση της φοράς της Έντασης
+q Α r +Q r -q Β Παρατηρούμε ότι η ένταση που δημιουργείται από θετικό σημειακό φορτίο-πηγή έχει κατεύθυνση που «απομακρύνεται» από το φορτίο-πηγή, όποιο πρόσημο κι αν έχει το φορτίο-υπόθεμα.

16 +q Α r -Q r -q Β Παρατηρούμε ότι η ένταση που δημιουργείται από αρνητικό σημειακό φορτίο-πηγή έχει κατεύθυνση που «πλησιάζει» προς το φορτίο-πηγή, όποιο πρόσημο κι αν έχει το φορτίο-υπόθεμα.

17 Ένταση Ηλεκτροστατικού πεδίου Coulomb
(1) +q Α r (1) +Q Τελικά Η ένταση σ’ ένα σημείο πεδίου Coulomb εξαρτάται από το φορτίο-πηγή την απόσταση του σημείου από το φορτίο-πηγή.

18 Γραφική παράσταση (Ε – r)

19 Μερικές Παρατηρήσεις σχετικά με την Ένταση Ηλεκτρικού Πεδίου
Η Ένταση αναφέρεται σε συγκεκριμένο σημείο του πεδίου. Γενικά, η Ένταση διαφέρει από σημείο σε σημείο ενός πεδίου Coulomb. Για το ίδιο σημείο του πεδίου, η Ένταση θα είναι ίδια, ανεξάρτητη από το είδος και το μέτρο του φορτίου-υποθέματος που πιθανόν υπάρχει σ’ αυτό το σημείο. Το μέγεθος ΕΝΤΑΣΗ συνδέει την έννοια του πεδίου με την έννοια της δύναμης. Το μέτρο της ΕΝΤΑΣΗΣ του πεδίου σε ένα σημείο εκφράζει το πόσο ισχυρό είναι το πεδίο στο σημείο αυτό. Π.χ. Αν το πεδίο σε ένα σημείο έχει Ένταση 5N/C, αυτό σημαίνει ότι αν φέρουμε σ’ αυτό το σημείο φορτίο 1C το πεδίο θα του ασκήσει δύναμη 5Ν. Αν υπάρχουν δύο ή περισσότερα φορτία-πηγές, τότε σε ένα σημείο το κάθε φορτίο-πηγή δημιουργεί την δικιά του Ένταση, ανεξάρτητα από το άλλο. Η ολική Ένταση στο σημείο Α θα ισούται με το διανυσματικό άθροισμα των εντάσεων: Προφανώς, σε κάθε σημείο Α υπάρχει μία Εολ

20 Όλοι μας έχουμε ανάγκη την εικόνα
Μας βοηθάει να κατανοήσουμε το αόρατο Την τρίτη δεκαετία του 19ου αιώνα , ο Michael Faraday πρότεινε να εικονογραφήσουμε το αόρατο πεδίο με ΓΡΑΜΜΕΣ. Η ΙΔΕΑ ήρθε στη σκέψη του από την ΕΜΠΕΙΡΙΑ με μαγνήτη και σιδηρορινίσματα . «Είδε» τα ρινίσματα να ξαπλώνουν πάνω σε ΓΡΑΜΜΕΣ. Τις είπε ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΜΑΓΝΗΤΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ Και η ιδέα επεκτάθηκε και σε ΔΥΝΑΜΙΚΕΣ ΓΡΑΜΜΕΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΠΕΔΙΟΥ ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΓΡΑΜΜΗ ηλεκτρικού πεδίου είναι μια γραμμή σε κάθε σημείο της οποίας το διάνυσμα της ΕΝΤΑΣΗΣ είναι εφαπτόμενο Η πυκνότητα των δυναμικών μας δίνει πληροφορία για την τιμή της ΕΝΤΑΣΗΣ. Όπου είναι πυκνότερες είναι περιοχή μεγαλύτερης έντασης Εφόσον οι δυναμικές γραμμές είναι ευθείες το διάνυσμα της έντασης θα είναι «ξαπλωμένο»

21 Το πιο απλό πεδίο του Κόσμου
είναι αυτό που έχει ως πηγή ένα σημειακό φορτίο Ας δούμε την περίπτωση που το φορτίο πηγή είναι ΑΡΝΗΤΙΚΟ Q < 0 Για την τιμή της ΕΝΤΑΣΗΣ εύκολα αποδεικνύεται ότι Q k Ε = 2 R Οι φυσικοί το λένε και ΠΕΔΙΟ COULOMB

22 Το πεδίο Coulomb εάν η πηγή είναι ΘΕΤΙΚΟ φορτίο

23

24 Υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο με τις δυναμικές γραμμές ΠΑΡΑΛΛΗΛΕΣ;
Και πώς μπορούμε να φτιάξουμε ένα τέτοιο πεδίο; Ίσως με δύο σημειακά φορτία; Ναι, είναι δυνατόν να δημιουργηθεί Θα είναι ένα ΟΜΟΓΕΝΕΣ ηλεκτρικό πεδίο Όχι βέβαια. Κάνε υπομονή και θα το μάθουμε αργότερα

25 Εικόνες πεδίων Δύο ίσα ετερόσημα σημειακά φορτία (ηλεκτρικό δίπολο) Δύο ίσα σημειακά θετικά φορτία Το διάνυσμα της Έντασης είναι εφαπτόμενο στη δυναμική γραμμή

26 Αρνητικά φορτισμένη σφαίρα

27 Mερικές (πιο… πραγματικές) εικόνες

28 η πηγή του πεδίου είναι δύο σημειακά ΘΕΤΙΚΑ φορτία
Κι ένα τεστ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ διαφορετικό από το προηγούμενο και πίσω από το παραβάν βρίσκεται η πηγή του ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ και κρυμμένη πίσω από το παραβάν βρίσκεται η πηγή του. Τι υπάρχει άραγε πίσω από το παραβάν ; η πηγή του πεδίου είναι ένα ζευγάρι ΘΕΤΙΚΟΥ και ΑΡΝΗΤΙΚΟΥ φορτίου η πηγή του πεδίου είναι δύο σημειακά ΘΕΤΙΚΑ φορτία