1. Elektrostatika

download 1. Elektrostatika

of 73

description

ELEKTROSTATIKA OSNOVI ELEKTROSTATIKE

Transcript of 1. Elektrostatika

  • UNIVERZITET U NIU

    TEHNOLOKI FAKULTET U LESKOVCU

    ELEKTROTEHNIKA Predavanja,

    Raunske vebe:

    Sreten Stojanovi

    Laboratorijske vebe:

    Dejan Ranelovi

  • ISPIT AKTIVNOSTI POENI NAPOMENA

    Predispitne

    obaveze

    aktivnost u toku

    predavanja 5

    min

    30 praktina nastava 15

    kolokvijumi 50

    Zavrni deo ispita test provere znanja 30

  • Sadraj predmeta:

    1. Elektrostatika

    2. Elektrokinetika

    3. Magnetizam

    4. Naizmenine struje

    5. Proizvodnja i prenos elektrine energije

  • LITERATURA Predavanja:

    1. S. Stojanovi, Elektrotehnika, PDF Prezentacija predavanja, 2013.

    2. A. orevi, Osnovi elektrotehnike 1-4, Akademska misao, Univerzitet u Beogradu, 2013.

    3. S. Pokorni, Elektrotehnika 1,2,3,4, Elektrotehniki fakultet, Univerzitet Istono Sarajevo, PDF Skripta, 2011

    4. M. Cvetkovi, Elektrotehnika, Tehnoloki fakultet, Leskovac, 1990.

    Vezbe (raunske):

    5. Zbirka zadataka iz osnova elektrotehnike 1-4, Akademska misao, Univerzitet u Beogradu, 2013.

    6. ukan Vuki, Zbirka ispitnih zadataka iz elektrotehnike, Poljoprivredni fakultet Beograd, 2003.

    Vezbe (laborat.):

    7. Mladenovi I., Stojanovi S.: Elektrotehnika sa elektronikom, praktikum za laboratorijske vebe, Tehnoloki fakultet, Leskovac, 2003.

  • 1. ELEKTROSTATIKA

    Elektrostatika je nauka o elektricitetu koja prouava:

    - elektricitet u stanju mirovanja,

    - raspored elektriciteta na telima,

    - uzajamno dejstvo naelektrisanih tela, ...

  • 1.1 STRUKTURA MATERIJE

    Materija se sastoji iz atoma: elektroni, protoni i neutroni

    Elektron nosi najmanje negativno naelektrisanje.

    191.602 10e C

    Jedinica naelektrisanja je kulon C

    18 191 6.24196 10 1.60206 10e CeC

    1C je veoma velika veliina - koriste se 1mC, 1C, 1nC,...

    Proton je pozitivno naelektrisana estica.

    191.602 10e C

  • 1.1.1 NAELEKTRISAVANJE ATOMA

    Atomi su neutralni

    Ako atom primi e negativan jon

    Ako atom otpusti e pozitivan jon

    negativan jon pozitivan jon

  • 1.1.2 NAELEKTRISAVANJE TELA

    Naelektrisano telo - ima viak ili manjak e u svojim atomima.

    Naelektrisanje tela Q, q, q(t)

    Q n e

    n broj elektrona koji je primljen od tela ili predat telu

    NAINI NAELEKTRISAVANJA TELA

    kontaktom (trenjem)

    elektrostatikom indukcijom

  • Naelektrisanje tela kontaktom (trenjem)

    + Q - Q

  • Naelektrisanje tela elektrostatikom indukcijom

  • Zakon o odranju elektriciteta:

    - Naelektrisanje moe samo prei sa jednog tela na drugo,

    ne moe nestati ili se stvoriti.

    - U zatvorenom sistemu ukupna koliina naelektrisanja uvek

    ostaje ista.

  • 1.2 MEUSOBNO DELOVANJE NAELEKTRISANJA

    Naelektrisanja meusobno deluju elektrostatikim

    silama.

    (+)(+) ili (-)(-) odbijanje

    (+)(-) privlaenje

    Takasto naelektrisanje = naelektrisano telo ije dimenzije u

    datim uslovima moemo zanemariti.

    A

    naelektrisano telo

    A

    takasto naelektrisanje

  • 1.2.1 KULONOV ZAKON

    Sila izmeu dva takasta naelektrisanja:

    1 212 21 2Q Q

    F F F k Nr

    , 9 2 21

    9 104

    k Nm C

    Dielektrina konstanta sredine:

    0 r

    Dielektrina konstanta vakuma:

    12 2 20 8.85 10 C Nm

    Relativna dielek. konstanta sredine:

    r

    Q1

    Q2

    r

    F12

    F21

    F21

    =F12

    =F

    +

    +

  • ALGEBARSKA I SKALARNA VREDNOST SILE

    1 2 0 0Q Q F - odbojna sila

    1 2 0 0Q Q F - privlana sila

    1 2

    2

    Q QF k

    r - algebarska vrednost sile

    1 2

    2

    Q QF k

    r - skalarna vrednost sile

    + -

    + +

  • VEKTORSKI OBLIK SILE

    1 212 122

    Q QF k r

    r

    1 2

    2

    Q Qk

    r - algebarski intenzitet

    12r - jedinini vektor

    1 221 212

    Q QF k r

    r , 21r - jedinini vektor

    21 12

    12 21

    r r

    F F

    + +

    + +

    - -

    + -

    + -

  • -Q2

    r13

    r23

    F13

    F23

    F

    +Q1

    +Q3

    SILA SKUPA TAKASTIH NAELEKTRISANJA - superpozicija

    Rezultujua sila:

    1

    n

    r i

    i

    F F

    Primer.

    1 3

    13 2

    13

    Q QF k

    r ,

    2 323 223

    Q QF k

    r

    kosinusna teorema:

    2 2 2

    13 23 13 232 cosF F F F F

  • 1.3 ELEKTRINO POLJE

    Posebno fiziko stanje u okolini svakog naelektrisanog tela

    pq probno optereenje je pozitivno naelektrisano telo veoma

    malih dimenzija i naelektrisanja, koje svojim poljem ne utie na

    ispitivano elektrino polje.

    Vektor jaine elektrinog polja

    p

    FE

    q ,

    N

    C

    0r - jedinini vektor usmeren od

    izvora polja ka spolja

    Vektor jaine elektrostatikog polja E ima pravac i smer sile F koja deluje na pq .

  • 1.3.1 POLJE USAMLJENOG TAKASTOG NAELEKTRISANJA

    Vektor jaine elektrinog polja

    0 02 2

    1 p

    p

    Qq QE k r k r

    q r r

    0Q E je istog smera kao i 0r

    0Q E je suprotnog smera od 0r

    Algebarska vrednost jaine elektrinog polja

    20

    P

    F Q NE k

    q r C

    + +

  • 1.3.2 POLJE SKUPA TAKASTIH NAELEKTRISANJA

    2n takasta naelektrisanja

    1 21 2 01 022 2

    0 1 2

    2

    0210

    1

    4

    1

    4

    ii

    i i

    Q QE E E r r

    r r

    Qr

    r

    n n takastih naelektrisanja

    021 10

    1

    4

    n ni

    i i

    i i i

    QE E r

    r

    2E

    E 1

    E

    +

    -

  • 1.3.3 RASPODELA NAELEKTRISANJA

    LINIJSKA RASPODELA NAELEKTRISANJA

    Naelektrisanje je raspodeljeno du tanke niti (linijsko naelektrisanje)

    Poduna gustina naelektrisanja Q':

    ( ) C mna dldQ

    Qdl

    ( ) ( )na dldQ Q l l

    Za ( ) .Q l Q Const

    QQ

    l

    ( )na lQ Q l

  • Nit duine L izdeli se na elemente duine dl .

    Naelektrisanje jednog elementa iznosi ( )dQ Q l dl .

    Vektor jaine elektrinog polja jednog elementa u taki P

    0 02 2( )

    ))

    ((

    dE r k r k rdQ l Q l dl

    r r

    Ukupna jaina elektrinog polja u tako P

    02( )

    ( )L

    Q lE r k r

    r

    dl

  • POVRINSKA RASPODELA NAELEKTRISANJA

    Naelektrisanje je raspodeljeno po povrini (povrinsko naelektrisanje) Povrinska gustina naelektrisanja ( )S :

    (n dS) 2( ) C m

    adQS

    dS

    (n dS) ( )adQ S dS

    Za ( ) .Q S Q Const

    Q

    S

    (n S)aQ S

    dS

  • Povrina S izdeli se na elemente povrine dS .

    Naelektrisanje jednog elementa iznosi ( )dQ S dS .

    Vektor jaine elektrinog polja jednog elementa u taki P

    0 02(n dS)

    2)

    ( )(

    adE r k r k r

    r r

    dQ S dS

    Ukupna jaina elektrinog polja u tako P

    02( )

    ( )S

    S dSE r k r

    R

    dS

  • ZAPREMINSKI RASPODELA NAELEKTRISANJA

    Naelektrisanje je raspodeljeno unutar zapremine V

    Zapreminska gustina naelektrisanja ( )r :

    (n dV) 3C madQ

    dV

    (n dV)adQ dV

    za ( ) .Q V Q Const

    Q

    V

    (n V)aQ V

    dV

    V

  • Zapremina V izdeli se na elemente zapremine dV .

    Naelektrisanje jednog elementa iznosi ( )dQ V dV .

    Vektor jaine elektrinog polja jednog elementa u taki P

    0 02 2

    ( )(

    ))

    (dE r k r k r

    dQ V V dV

    r r

    Ukupna jaina elektrinog polja u tako P

    02( )

    ( )V

    V dVE r k r

    r

    dV V

  • 1.3.4 PREDSTAVLJANJE ELEKTRINOG POLJA

    PRIKAZ ELEKTRINOG POLJA POMOU LINIJE POLJA

    Linije polja su zamiljene linije u ijim takama se vektor E ponaa kao tangenta.

    Smer linija polja je odreen smerom vektora E.

    Q10

    A tangenta E

    linija polja

  • linije polja

    Gustina linija

    polja zavisi od

    Q!!!

  • EKVIPOTENCIJALNE POVRI

    Zamiljene povrine u elektrostatikom polju kroz koje linije sile polja prolaze pod pravim uglom.

  • 1.4 ELEKTRINI FLUKS

    Fluks - gustina linija polja kroz povrinu S

    Fluks elektrinog polja E kroz povrinu S

    Za homogeno polje

    S S n

    n - vektor jedinine normale na povr S

    cos nE S n SE E S

    S

    S

  • Sluajevi:

    0 , onda maxES

    090 , onda 0

  • Nehomogeno polje E

    diferencijalni oblik

    ukupni fluks E kroz povrinu S:

    dS

    +

  • 1.4.1 GAUSOVA TEOREMA

    Fluks vektora elektrinog polja E kroz zatvorenu povrinu S jednak je koliniku algebarskog zbira svih koliina naelektrisanja koja su obuhvaena tom povrinom i dielektrine konstante vakuma 0 :

    Namena. Gausova teorema slui odreivanje elektrinog polja naelektrisanja koja imaju neku simetriju.

  • PRIMENA GAUSOVE TEOREME

    Usamljeno takasto naelektrisanje u vakumu

    2

    0

    4S S

    QEdS EdS r E

    2

    04

    QE

    r

    + Q

    S

    +

    dS

  • Naelektrisana metalna sfera

    r R ,

    2

    0

    4S S

    QEdS EdS r E

    ,

    Za Q Q 204

    QE

    r

    Za 24Q S R

    2 2

    2 2 2

    0 0 0

    4

    4 4

    Q R RE

    r r r

    2

    2

    0

    RE

    r

    r R 0E

  • Naelektrisani metalni cilindar beskonane duine

    r R

    0 1 2 0 1 2

    0 0

    0 1 2

    0 0

    0 0

    0

    2

    S S S S S S

    S S

    EdS EdS EdS EdS

    EdS E dS

    QE rh

    Za Q Q 02

    QE

    rh

    Za Q Q h 02

    QE

    r

    Za 2Q Rh 0

    RE

    r

    r R 0E

  • Naelektrisana ravan

    1 2E E , Q S , 1 2S S

    0 1 2

    1 2

    0 1 2

    0

    1 2

    1 2

    0 0

    0

    2

    S S S S

    S S

    EdS EdS EdS EdS

    EdS EdS

    ES ES

    Q SES

    02E

  • r

    Dve naelektrisane

    ravani

    Polje van ploa ne postoji:

    1 2 0E E E

    Polje izmeu ploa iznosi:

    1 2 1

    0 0

    2 22

    E E E E

    0E

  • 1.5 ELEKTRINI POTENCIJAL I NAPON

    Rad sila elektrostatikog polja B B

    e p

    A A

    A F dl q Edl cirkulacioni integral

    Zakon cirkulacije vektora E

    0C

    Edl

    0C AMBNA AMB BNA

    Edl Edl Edl Edl

    AMB BNA ANB

    Edl Edl Edl

    1 2L L

    Edl Edl

    Rad sila elektrinog polja ne zavisi od oblika

    putanje ve samo od poetne i krajnje take.

  • 1.5.1 POTENCIJAL ELEKTRINOG POLJA

    Definicija. Potencijal proizvoljne take A elektrinog polja E u odnosu na referentnu taku R je:

    R

    A

    A

    V Edl V

    Potencijal ne zavisi od oblika putanje ve samo od poetne i krajnje take

    1 2

    A

    L L

    V Edl Edl

    Potencijal referentne take je 0!!!

    0

    R

    R

    R

    V Edl

    R

  • ODREIVANJE POTENCIJALA NEKIH NAELEKTRISANIH TELA

    Potencijal usamljenog takastog naelektrisanja

    2

    0

    4S S

    QEdS EdS r E

    2

    04

    QE

    r

    2

    0 0 0

    2

    0

    1

    4 4 4

    1 1

    4

    RR R R R

    AA A A A A R

    Q Q dr QEdl Edl dr

    r

    Q

    rr r r

    Za Rr

    04A

    A

    QV

    r , tj.

    0

    ( )4

    QV r

    r

    E

    Q

    R

    A

    rR

    rA

    + +

  • Potencijal naelektrisane metalne sfere

    r R 2 2

    2

    0 0 0 0 0

    4

    4 4 4 4A

    A

    A A AA A A r

    Q Q dr Q R RV Edr Edr dr

    r r r r

    , 2

    0

    ( )R

    V rr

    r R

    2

    0 0

    ( )R R

    V RR

    ,

    0

    ( )R

    V R

    r R

    2

    0 0

    ( ) 0 ( )4

    A

    R

    r R R

    Q drV r E dr Edr V R

    r

    0

    ( )R

    V r

  • Potencijal dve naelektrisane ravani

    0 0 0

    R R R R

    A R A

    A A A A

    V Edr Edr dr dr r r

    Referentna taka na negativnoj ploi ( Rr d ):

    0

    ( )V r d r

    r

    V

    d

  • 1.5.2 NAPON ELEKTROSTATIKOG POLJA

    Razlika potencijala izmeu dve take.

    R R B

    A B

    A B A

    U V V Edl Edl Edl

    B

    A B

    A

    U V V Edl V

    Napon ne zavisi od oblika putanje, ve od poetne i krajnje take.

    +

    E

    R

    A

    +

    B

  • EKVIPOTENCIJALNE POVRINE

    Neka je E dl :

    0Edl

    0

    B

    A B

    A

    U V V Edl

    0A BU V V

    Razlika potencijala (napon) izmeu bilo koje dve take jedne ekvipotencijalne povrine je 0.

    Ekvipotencijalne take se nalaze na istom potencijalu.

    linije polja

    ekvipotencijalne

    linije

  • 1.5.3 ELEKTROSTATIKI DIPOL

    Elektrostatiki dipol ine dva takasta naelektrisanja, Q i Q , na malom

    meusobnom rastojanju.

    Potencijal:

    2 1

    0 1 0 2 0 1 24 4 4M

    Q Q Q r rV

    r r r r

    2 2

    0 0

    cos cos

    4 4MV

    r

    Qd p

    r

    Elektrini moment dipola:

    p Qd

    p Qd 02

    04MV

    r

    r

    p

  • 1.6 RAD ELEKTROSTATIKIH SILA I ELEKTRINA POTENCIJALNA

    ENERGIJA

    Rad sila elektrostatikog polja pri pomeranju probnog naelektrisanja pq

    iz take A u taku B

    AW , BW -potencijalne elektrine energije naelektrisanja pq u takama A i B.

    0eF

    A - rad vri sila polja , 0eF

    A - rad vri spoljna sila

    A BW W - promena elektrine energije usled dejstva polja

    B

    A

    +

    ( )

    ee

    B B

    F

    A B

    F e p

    A A

    p AB p A B

    p A p B

    A B

    A F dl q E dl

    q U q V V

    q V q V

    A

    W W

  • Rad spoljne sile iF pri premetanju naelektrisanja pq suprotno polju E

    A BW W - promena elektrine energije usled dejstva spoljne sile.

    taka na viem potencijalu

    taka na niem potencijalu

    A B

    B

    A

    +

  • Neka je B referentna taka u beskonanosti sa nultim potencijalom.

    0 0B R B R p BV V W W q V

    Potencijalna energija u taki A iznosi:

    Potencijalna energija naelektrisanja pq u taki A elektrinog polja jednaka

    je radu spoljnih sila pri premetanju naelektrisanja pq iz beskonanosti u

    datu taku polja.

    R

    A

    +

  • 1.7 ELEKTRINO POLJE U SUPSTANCAMA

    Podela vrstih supstanci u odnosu na sadraj slobodnih elementarnih

    nosioca naelektrisanja:

    Provodnici sadre veliki broj slobodnih elementarnih naelektrisanja

    srebro, zlato, platina, bakar, aluminijum, gvoe,

    Dielektrici skoro da ne sadre slobodna elementarna naelektrisanja

    staklo, porcelan, PVC, kvarc

    Poluprovodnici sadre manji broj slobodnih nosioca naelektrisanja

    silicijum, germanijum

  • 1.7.1 PROVODNICI U ELEKTRINOM POLJU

    Slobodni nosioci su elektroni u spoljanjoj (valentnoj) putanji.

    Toplotno dejstvo na provodnik

    Pod toplotnim dejstvom, slobodni

    elektroni se kreu haotino u svim

    pravcima.

    Koncentracija elektrona je konstantna

    po zapremini.

    Primer. Bakar

    28 38,25 10CuN m koncentracija elektrona

    10 31,35 10 /se CuN e C m zapreminska gustina elektrona

  • USAMLJEN PROVODNIK U VAKUMU U POLJU E

    Pod dejstvom polja E , dolazi do kretanja slobodnih

    elektrona u suprotnom smeru od linija sila polja.

    Kontinualno usmereno kretanje elektrona nije mogue

    jer elektroni fiziki ne mogu da napuste provodnik

    (izuzev pri vrlo visokim temperaturama).

    Dolazi samo do preraspodele elektrona unutar

    provodnika, nakon ega nema vie usmerenog

    kretanja.

    Zakljuak. Poto nema usmerenog kretanja elektrona unutar provodnika,

    elektrostatiko polje unutar provodnika ne postoji, tj. 0uE .

    + + +

    - - -

  • Raspodela naelektrisanja unutar provodnika

    0 0uS uS

    Q E dS

    Raspodela naelektrisanja na granici provodnika

    1

    1 1 1

    1

    0

    00

    u s

    s

    uS u

    S S S

    S

    Q EdS E dS EdS

    EdS

    Zakljuak. Viak slobodnog

    naelektrisanja je lokalizovan u

    provodniku neposredno uz njegovu

    povrinu.

    Ova pojava se naziva elektrostatika

    indukcija.

    - - - -

    + + + +

  • GRANINI USLOVI

    Na povrini provodnika u polju postoji viak slobodnog naelektrisanja

    I granini uslov

    0C

    Edl 0tE

    Dokaz.

    0 0

    0

    0 0 0 0

    C h l h l

    t

    l

    Edl Edl dl Edl Edl

    E dl

    0tE

    Tangencijalna komponenta polja ne postoji.

    Linije sila polja su normalne na povrinu provodnika!

    provodnik

    vakum

    +

    + + + +

    +

    +

    +

  • II granini uslov

    0

    uS

    S

    QEdS

    0

    nE

    Dokaz.

    1 2

    2

    , 0

    0

    0 0

    B B

    B

    S So h S S

    n n B

    S

    EdS EdS dS EdS

    E dS E S

    0 0

    uS B

    S

    Q SEdS

    0

    Bn B

    SE S

    0

    nE

    Normalna komponenta polja postoji i proporcionalna je povrinskoj g ustini

    slobodnih nosilaca naelektrisanja.

    provodnik

    vakum

    +

    + + + +

    +

    +

    +

  • UTICAJ OBLIKA TELA NA RASPODELU SLOBODNIH NOSIOCA NAELEKTRISANJA

    Sistem do dva provodna tela povezana provodnikom: a b

    a bV V , 0 04 4

    a ba

    Q QV

    a d ,

    0 04 4

    b ab

    Q QV

    b d

    a b b

    aQ Q Q

    b

    24

    aa

    Q

    a

    ,

    24

    bb

    Q

    b

    22

    2 2

    //

    / /

    ba a

    b b b

    aQ a

    Q a bb

    Q b Q b a

    a b b

    b

    a

    0 0

    b ab aE E

    princip rada

    gromobrana

  • Primeri raspodela naelektrisanja na provodnim telima

    Na graninoj povrini provodnik vakum vai 0tE , 0/nE

    Linije sila spoljanjeg polja su normalne na povrinu provodnika.

    Povrina provodnika je ekvipotencijalna povrina.

    Koliina slobodnih naelektrisanja je vea na veim povrinama.

    Povrinska gustina slobodnih naelektrisanja je vea na otrijim povrinama.

  • KAPACITIVNOSTI

    Kapacitivnost usamljenog provodnog tela

    R

    M

    V Edl

    R

    M

    QC

    Edl

    Primer. Kapacitivnost sferinog naelektrisanja poluprenika r a

    04

    QV

    a 0

    0

    4/ 4

    QC a

    Q a

    , 04C a

    Primer. Kapacitivnost Zemlje

    6378kma 30 04 4 6378 10 0,71 mFC a

  • Kondenzator i njegova kapacitivnost

    Kondenzator je sistem od dva blisko postavljena provodna tela

    naelektrisana istom koliinom naelektrisanja ali suprotnih znakova.

    B

    AB A B

    A

    U U Edl V V

    QC

    U

    Primer. 6Ploasti kondenzator

    0 0 0

    /Q S QU Ed d d d

    S

    0

    0

    SQ QC

    QU dd

    S

    , 0S

    Cd

  • Primer. Sferni kondenzator

    2

    0

    4S S

    QEdS E dS r E

    2

    04

    QE

    r

    2 2

    0 0

    0 0

    0

    4 4

    1 1 1

    4 4

    4

    b

    a

    r b b

    r a a

    b

    a

    Q Q drU Edr dr

    r r

    Q Q

    r a b

    Q b a

    ab

    0

    0

    4

    4

    abQ QC

    Q b aU b a

    ab

    , 04 ab

    Cb a

  • 1.7.2 ELEKTROSTATIKO POLJE U PRISUSTVU DIELEKTRIKA

    Dielektrik je materijal koji, idealizovano posmatrano, nema slobodnih

    naelektrisanja.

    Dielektrini materijali:

    - vrsti - papir, kvarc, mermer, staklo, liskun, guma, PVC, .

    - teni ista voda, transformatorsko ulje,

    - gasoviti vazduh, vodonik,

    Atom dielektrika je elektrino neutralan.

    Centri pozitivnog i negativnog naelektrisanja se poklapaju.

  • POLARIZACIJA ATOMA DIELEKTRIKA

    Pod uticajem stranog polja E dolazi do pomeranja centara pozitivnog i negativnog naelektrisanja i nastaje se diplol, iji je elektrini moment

    p Qd

    Eksperimentalna istraivanja:

    p E

    - koeficijent polarizacije atoma

    isti je za sve atome jednog

    dielektrika

  • POLARIZACIJA DIELEKTRIKA KAO CELINE

    pre polarizacije posle polarizacije

    Na povrini dielektrika javlja se tzv. vezano

    naelektrisanje,

    Unutranjost dielektrika elektrino neutralna.

    Vektor polarizacije

    P E - za linearan dielektrik

    E

  • GUSTINA VEZANOG NAELEKTRISANJA NA POVRINI DIELEKTRIKA

    v d nn P P

    Za linearan dielektrik (P E )

    v d d

    n

    n P n E

    E

    dn - normala u datoj taki dielektrika

    usmerena ka spolja

    + + + +

    + +

    +

    +

    dielektrik

    vakum

  • VEKTOR ELEKTRINOG POMERAJA (INDUKCIJE)

    Opisuje uticaj dielektrine sredine na elektrino polje.

    2

    0 /D E P C m

    Za linearan dielektrik vai

    D E , 0P D

    Dokaz.

    0 0 0 0 0 01e e rD E P E E E E E E E

    00 0 0 0D

    P D E E E E D

  • UOPTENI GAUSOV ZAKON

    0 0

    uk u S u S v u S

    S

    Q Q QEdS

    - Gausov zakon

    u SQ - koliina slobodnog naelektrisanja u S

    v u S

    S

    Q PdS - koliina vezanog naelektrisanja u S

    0 0 0 0 0 0

    0

    v u S u S u S

    S S S S

    u S

    SD

    Q Q QP P PdS EdS dS E dS

    E P dS Q

    Uopteni Gausov zakon

    u S

    S

    DdS Q - (koristi samo slobodna naelektrisanja)

  • GRANINI USLOVI

    na granici dve dielektrine sredine

    1 2 0n E E

    1 2n D D n - normala usmerena od 2 ka 1

    - povrinska gustina slobodnog naelek.

    Specijalni sluaj:

    Sredina 1 je dielektrik a 2 je provodnik.

    2 0E , 2 0D

    1 1 1 10 , 0n tn E E E E

    1 1nnD D

    Sredina 2

    Sredina 1

    +

    + + + +

    +

    Provodnik

    Dielektrik

    +

    + + + +

    +

  • ANALIZA POLJA U SISTEMIMA SA

    PROVODICIMA I LINEARNIM

    DIELEKTRICIMA

    1 rv

    r r

    Dielektrik moemo zameniti vezanim

    naelektrisanjima v koja se nalaze u vakumu.

    Superpozicija:

    u v

    r r

    , u

    r

    Vezana naelektrisanja dielektrika prividno smanjuju gustinu slobodnih naelektrisanja r puta.

    Prisustvo dielektrika smanjuje elektrostatiko polje slobodnih naelektrisanja r puta.

    provodnik

    dielektrik

    +

    + + + +

    +

    +

    +

    + +

    +

    - - - -

    - -

    -

    -

    - -

  • Primer. Ploasti kondenzator

    sa vakumom izmeu elektroda

    00

    0

    E

    , 0 0

    SC

    d

    sa dielektrikom izmeu elektroda

    00 v

    r

    , 0

    r

    0 0 0

    0 0 0

    r

    r r

    EE

    , 0

    r

    EE

    00

    0

    0

    r

    r

    SQ Q SC

    U Ed dd

    0 0r r

    SC C

    d

  • Zakljuak. Umesto kondenzatora sa povrinskom gustinom naelektrisanja

    0 i dielektrikom izmeu elektroda sa dielektrinom konstantom 0 r

    , moemo posmatrati kondenzator sa povrinskom gustinom

    naelektrisanja 0 / r i vakumom izmeu elektroda.

  • ZAPREMINSKA GUSTINA ELEKTINE ENERGIJE ELEKTROSTATIKOG POLJA

    Posmatramo ploasti kondenzator sa linearnim dielektrikom

    D , D E

    E

    1 1 1 1

    2 2 2 2e

    e

    W QU SEd DESd DE V

    w V

    Zapreminska gustina elektrine energije:

    3

    1

    2e

    Jw DE

    m

    , 2

    1 1

    2 2ew EE E ,

    21 1

    2 2e

    D Dw D

    eW je lokalizovana u prostoru gde postoji elektrostatiko polje, bez obzira

    da li je taj prostor ispunjen vakumom ili nekim dielektrikom.

  • 1.7.3 MEUSOBNO VEZIVANJE VIE KONDENZATORA

    REDNA VEZA KONDENZATORA

    1 2 1 1 2 2

    1 2

    1 21

    1 1

    ,

    1 1 1

    n n ne

    ni

    nn

    e i

    qUq q q C U C U C U

    C

    U U U U qC

    C CC C

    2 kondenzatora: 1 2

    1 2

    e

    C CC

    C C

  • PARALELNA VEZA KONDENZATORA

    Uslovi:

    1 1 2 2

    1 2 1 2

    1

    ,, , en n

    nn

    e i

    i

    n

    qU

    Cq C U q C U q C U

    q q q q C CC

    CC

    U

  • MEOVITA VEZA KONDENZATORA

    23 2 3C C C

    1 2 31 2313 1 23

    1 23 1 2 3

    C C CC CC C C C

    C C C C C