Sarcina electrică

Sarcina electrică este o proprietate a materiei. Sarcina electrică este de două feluri, pozitivă și negativă. Sarcinile de același semn se resping, iar sarcninile de semn opus se atrag.

Sarcina electrică este o mărime scalară și se măsoară în Coulombi (C). Sarcina electrică este o mărime fizică discretă, adică orice sarcină electrică este un multiplu întreg de sarcini electrice elementare.

$q=n·e unde e = 1,6·{10}^{-19}C$ 

Sarcina electrică a unui sistem izolat se conservă.

$\sum _i{q}_i=const.$

Legea lui Coulomb

Oricare două sarcini electrice punctiforme, aflate în vid, vor interacționa cu o forță descrisă de legea:

$\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_{12}}=-\stackrel{\rightharpoonup }{F_{21}}=-k\frac{q_1{q}_2}{r^2}·\stackrel{\rightharpoonup }{u}, unde \stackrel{\rightharpoonup }{u}=\frac{\stackrel{\rightharpoonup }{r}}{\left|\stackrel{\rightharpoonup }{r}\right|}$

Constanta de proporționalitate:

$$\begin{gathered} k=9·{10}^9\frac{N{m}^2}{C^2} se poate scrie k=\frac{1}{4\pi {\epsilon }_0} unde \\ {\epsilon }_0=8,856·{10}^{-12}\frac{F}{m} se numește permitivitatea electrică a vidului \end{gathered}$$

În orice alt mediu forța de interacțiune elctrostatică este mai mică. Raportul:

${\epsilon }_r=\frac{F_0}{F}$

se numește permitivitate electrică relativă a mediului considerat. Astfel, într-un mediu oarecare, forța de interacțiune electrostatică poate fi scrisă:

$\overrightarrow{F}=\overrightarrow{F_{12}}=-\stackrel{\rightharpoonup }{F_{21}}=-\frac{1}{4\pi {\epsilon }_0{\epsilon }_r}\frac{q_1{q}_2}{r^2}·\stackrel{\rightharpoonup }{u}, unde \stackrel{\rightharpoonup }{u}=\frac{\stackrel{\rightharpoonup }{r}}{\left|\stackrel{\rightharpoonup }{r}\right|}$

Câmpul electric

Câmpul electric este o formă de existență a materiei ce apare în jurul corpurilor cu sarcină electrică și prin care acestea își exercită acțiunea electrostatică.

Câmpul electric este caracterizat de mărimea vectorială numită intensitatea câmpului electric:

$\stackrel{\rightharpoonup }{E}=\frac{\stackrel{\rightharpoonup }{F}}{q}=\frac{Q}{4\pi {\epsilon }_0{\epsilon }_r{r}^2}·\stackrel{\rightharpoonup }{u}$

Linia de câmp electric este linia tangentă în fiecare punct la vectorul intensitate a câmpului electirc. Sensul liniei de câmp electric este dat de sensul intensității câmpului electric. Densitatea liniilor de câmp electric este echivalentă cu modulul intensității câmpului electric.

Potențialul electric

Potențialul electric într-un punct M al unui câmp electric este egal cu lucrul mecanic efectuat de câmp pentru deplasarea unei sarcini unitare din acel punct până într-un punct arbitrar ales (de obicei la infinit).

$V_M=\frac{L_{M\to \infty }}{q} sau V\left(r\right)=\frac{Q}{4\pi \epsilon r}$

Tensiunea electrică sau diferența de potențial electric între două puncte ale unui câmp electric este egală cu lucrul mecanic efectuat de câmp pentru a deplasa o sarcină electrică unitară între cele două puncte.

$U_{MN}=V_M-V_N=\frac{L_{M\to N}}{q}=\frac{Q}{4\pi \epsilon }\left(\frac{1}{r_M}-\frac{1}{r_N}\right)$

Tensiunea electrică și potențialul electric se măsoară în Volți (V).

Energia potențială electrostatică

Câmpul electrostatic este un câmp conservativ de forțe.

Folosind teorrema variației energiei potențiale:

$\Delta E_p=-L$

rezultă că energia potențială electrostatică este dată de relația:

$E_p\left(r\right)=\frac{qQ}{4\pi \epsilon r}$

Capacitatea electrică

Capacitatea electrică a unui corp este egală cu raportul dintre sarcina electrică a corpului și potențialul său electric.

$C=\frac{Q}{V}$

Unitatea de măsură a capacității electrice este Faradul (F).

Câmpul electric este un câmp vectorial. Dacă într-un punct din spațiu se suprapun câmpurile electrice generate de mai multe sarcini electrice, atunci ele sunt independente, iar câmpul rezultant este suma vectorială a câmpurilor.

Câmpul electric uniform este câmpul cu linii de câmp parlalele și echidistante unde vectorul intensitate a câmpului electric este constant.

Câmpul electric uniform poate fi obținut între două plăci conductoare, separate de un izolator, pe care sunt distribuite uniform sarcini electrice egale dar de semn opus.

Mărimea sau modulul intensității câmpului electric dintre cele două plăci este dat de relația:

$E=\frac{Q}{\epsilon S}=\frac{\sigma }{\epsilon }$

iar tensiunea electrică între cele două plăci conductoare este dată de relația:

$U=Ed=\frac{\sigma d}{\epsilon }$

Condensatorul

Condensatorul este un ansamblu format din două armături conductoare separate printr-un izolator. Condensatoarele pot fi clasificate după forma armăturilor în condensatoare plane, sferice sau cilindrice. Condensatorul plan are armăturile plane și paralele.

Capacitatea condensatorului plan este dată de raportul dintre sarcina pe o armătură și tensiunea electrică dintre armături:

$C=\frac{Q}{U_{AB}}$

În funcția de dimensiunile lui, capacitatea condensatorului plan este:

$C=\frac{\epsilon S}{d}$

Gruparea în paralel a condensatorilor

Condensatorii grupării sunt supusi la aceeași tensiune electrică.

Capacitatea echivalentă a unei grupări în paralel de condensatori este egală cu suma capcităților condensatotorilor componenți.

$C_p=C_1+C_2+C_3$

Gruparea în serie a condensatorilor

Condensatorii grupării sunt încărcați cu aceeași sarcină electrică.

Inversa capacității echivalente a unei grupări în serie de condensatori este egală cu suma inverselor capacităților componente.

$\frac{1}{C_s}=\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}$