background image

1.  Podać zasadę zachowania ładunku. Co to jest elektryzacja? Na czym polega indukcja 

elektrostatyczna?  Zilustrować.  
 

Zasada  zachowania    ładunku  elektrycznego    polega  na  tym,    że  całkowity    ładunek 
elektryczny  układu  odosobnionego,  tj.  suma  algebraiczna    ładunków  dodatnich  i  ujemnych 
układu, jest stały, czyli nie ulega zmianie. Zasada ta jest znana jako postulat Maxwella i jest 
jednym z podstawowych praw fizyki. 
 
Elektryzacja  jest  to  przenoszenie,  przemieszczanie  elektronów  z  jednego  ciała  na  drugie, 
które powoduje, że ciała stają się naelektryzowane wskutek nadmiaru lub niedomiaru (braku) 

ładunków. 
Zjawisko  przemieszczania  się 
ładunku 

elektrycznego 

obrębie  ciała  pod  wpływem 
ciała 

naelektryzowanego 

nazywamy 

indukcją 

elektrostatyczną 

lub 

elektryzowaniem 

przez 

wpływ
 

 

2.  Podać  wzór  na  gęstość  powierzchniową  ładunku  elektrycznego.  Omówić  go  – 

interpretacja fizyczna. Omówić wielkości i ich jednostki. 

 

q

S

 – gęstość powierzchniowa ładunku elektrycznego [C/m

2

q

V

 – gęstość objętościowa ładunku elektrycznego [C/m

3

Q – ładunek elektryczny [C] 
S – powierzchnia [m

2

 

3.  Podać  treść  prawa  Gaussa,  wzór  i  jego  omówienie  –  wielkości  i  ich  jednostki. 

Zilustrować. 

Prawo  Gaussa  -  strumień  wektora  natężenia  pola  elektrycznego  przez  powierzchnie 
zamkniętą  jest  równy  całkowitemu  ładunkowi  zawartemu  w  objętości  ograniczonej  tej 
powierzchni i podzieloną przez przenikalność bezwzględną środowiska. 

 

 

Φ - strumień wektora natężenia pola elektrycznego 
E  –  natężenie  pola  w  kierunku  prostopadłym  do  powierzchni 

[V/m] 

S – pole powierzchni [m

2

Q – ładunek [C] 
ε – przenikalność elektryczna [F/m] 
 
 
 

Różniczkowa  postać  prawa  Gaussa:  wyrażenie  Poisson’a 

  oraz 

Laplace’a 

 

background image

4. 

Wyprowadzić  wzór  na  napięcie  elektryczne.  Od  czego  zależy  jego  wartość?  Z  jaką 

właściwością  pole elektryczne jest ona związana? Zilustrować.  

Napięcie  elektryczne  –  stosunek  pracy  ΔW,    którą  wykonałyby  siły  pola  elektrycznego 
podczas  przemieszczania  ładunku  „próbnego”  dodatniego  q  z  punktu  A  do  punktu  B,  do 
wartości tego ładunku nazywamy napięciem elektrycznym. 

 

U – napięcie [V] 

W – praca [J]  

q – ładunek [C] 

E – natężenie pola elektrycznego [V/m] 

l – droga [m] 

 

5. 

Co to jest kondensator i do czego służy? Wyprowadzić wzór z założeń fizycznych na 

pojemność zastępczą równoległego połączenia kondensatorów. 

Kondensatorem nazywamy układ dwóch przewodników oddzielonych od siebie izolatorem. 
Jeżeli  do  układu  tego  doprowadzimy  napięcie  to    na  okładkach  zgromadzą  się  ładunki 
jednakowe co do wartości lecz o przeciwnych znakach. Ilość zgromadzonego ładunku zależy 
przyłożonego napięcia U i cech konstrukcyjnych kondensatora przez pojemność C. 

 

 

  

Q – ładunek elektryczny [C] 

U – napięcie [V] 

C – pojemność [F] 

S – powierzchnia płytek kondensatora [m

2

d – odległość płytek od siebie [m] 

ε – przenikalność środowiska [F/m]    

 
Połączenie równoległe kondensatorów 

 

 

 

 

 

 

background image

6. 

Co to jest obwód elektryczny? Narysować i omówić  dowolny przykładowy schemat 

zastępczy z jego wszystkimi ważnymi elementami. 

 

Obwód  elektryczny  jest  to  zespół  połączonych  elektrycznie  elementów,  tworzących 
zamkniętą drogę dla przepływu prądu. 

Prąd  elektryczny,  albo  po  prostu  prąd  występuje  albo  raczej  płynie  w  pewnym  obwodzie 
zamkniętym  albo  po  prostu  obwodzie,  w  którym  występuje  co  najmniej  jedna  droga 
zamknięta dla przepływu prądu. 
 

7.  Wyprowadzić  wzór  na  rezystancję  zastępczą  równoległego  połączenia  rezystorów. 

Podać założenia fizyczne. 

 

 

 

 

 

 

 

background image

8.  Podać prawo przepływu prądu. Jakiej właściwości pola magnetycznego dotyczy? 

Prawo  przepływu  prądu  –  suma  iloczynów  natężeń  pola  magnetycznego  i  długości  drogi 
magnetycznej w poszczególnych odcinkach zamkniętego obwodu jest równa iloczynów prądo 
i liczbie zwojów uzwojeń wytwarzających to pole. 
 

 

 

H – natężenie pola magnetycznego [A/m] 
l – długość drogi magnetycznej na danym odcinku obwodu magnetycznego  [m] 
I – natężenie prądu magnesującego [A] 
 

Jeden  Amper  –  to  natężenie  takiego  prądu,  który  płynąc  w  dwóch  nieskoczenie  cienkich, 
długich, umieszczonych w próżni równoległych przewodnikach wywołuje oddziaływanie tych 
przewodników na siebie siłą F=2·10

-7

 [N] na każdy metr długości. 

 

9.  Wyprowadzić wzór na siłę Lorentza

 

dF= dl x B => I dl = q ʋ dn => dF = q dn ʋ x B =>  
F

= dF/dn = q ʋ x B 

 

F – siła [N] 
q – ładunek elektryczny [C] 
υ – prędkość cząstki [m/s] 
B – indukcja magnetyczna [T] 
E – natężenie pola elektrycznego [V/m] 
× - iloczyn wektorowy  
 

Pole magnetyczne definiuje się przez siłę, jaka działa na poruszający się ładunek w tym polu.  
Siła Lorentza – siła powoduje zmianę trajektorii a nie pracę. Skalarnie 

 gdzie 

α to kąt pomiędzy wektorem prędkości a indukcji magnetycznej. 

 

10. Podać  treść  praw  Lenza  i  zmodyfikowanego  Faradaya.  Zilustrować  odpowiednimi 

rysunkami. 

 

Prawo  Faradaya  –  sem  indukcji  elektromagnetycznej 
E

1

 w danym obwodzie jest proporcjonalna do szybkości 

zmiany  strumienia  elektromagnetycznego  Φ

m

  przez 

powierzchnie ograniczoną przez ten obwód.  

 

E – siła elektromotoryczna indukcji 

Φ

m

 – strumień pola magnetycznego  

t – czas [s] 
 

 

 
 

background image

 
Prawo Lenza
 – w obwodzie zamkniętym zwrot siły elektromotorycznej indukowanej E oraz 
prądu  indukowanego  jest  taki,  że  wielkości  te  przeciwdziałają  zmianom  strumienia 

magnetycznego  Φ

m

,  będącego  ich  źródłem,  a  więc 

zmniejszają  strumień  wtedy,  gdy  jest  on  w  stanie 
narastania,  a  zwiększają  go  wtedy  gdy  jest  on  w 
stanie zanikania.  

 

 

Prawo Lenza → Prawo Faradaya 

Reguła  Lenza  jest  ściśle  związana  z  prawem 
indukcji  elektromagnetycznej  Faradaya.  Można 

powiedzieć,  że  wyraża  ona  znak  "minus"  pojawiający  się  w  równaniach  różnicowych  i 
różniczkowych opisujących to prawo. 
 

11. Co  to  jest  kwantyzacja  ładunku?  Co  to  jest  układ  odosobniony?  Na  czym  polega 

indukcja elektrostatyczna? Zilustrować.  

Kwantyzacja  ładunku  elektrycznego  jest  to  zasada,  według  której  ładunek  elektryczny 
może  występować  jedynie  w  całkowitej  wielokrotności  najmniejszej  porcji,  tzw.  Kwantu 
ładunku, jakim jest ładunek elementarny.  
Układ  odosobniony  jest  to  taki  układ,  przez  którego  granice  nie  przenikają  ładunki 
elektryczne.  Zatem  ładunek  elektryczny  jest  niezniszczalny:  nigdy  nie  ginie  i  nie  może  być 
stworzony. Ładunki mogą się natomiast przemieszczać z jednego miejsca w inne, ale nigdy 

nie biorą się znikąd. Mówi się więc, 
że ładunek jest zachowany.  
Zjawisko 

przemieszczania 

się 

ładunku  elektrycznego  w  obrębie 
ciała 

pod 

wpływem 

ciała 

naelektryzowanego 

nazywamy 

indukcją  elektrostatyczną  lub 
elektryzowaniem przez wpływ.  
 

12. Podać  wzór  na  gęstość  objętościową  ładunku  elektrycznego.  Omówić  go  - 

interpretacja fizyczna. Omówić wielkości i ich jednostki. 
 

Gęstość ładunku elektrycznego jest to ilość ładunku elektrycznego przypadająca na jednostkę 
wymiaru przestrzennego. W zależności od kształtu naelektryzowanego ciała stosuje się różne 
definicje gęstości ładunku: 

 

 

q

V

 – gęstość objętościowa ładunku elektrycznego [C/m

3

Q – ładunek elektryczny [C] 

V – objętość [m

3

  

background image

13. Podać treść prawa Coulomba, wzór wektorowo i skalarnie oraz omówienie – wielkości 

i ich jednostki. Zilustrować.  

Prawo Coulomba – dwa ładunki elektryczne punktowe działają na siebie siłą proporcjonalną 
do iloczynu ładunków, a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości między nimi. Siła 
ta  zależy  ponadto  od  właściwości  otaczającego  środowiska,  zwanej  przenikalnością 
elektryczną ε. 
 

Wersja skalarna   

 

F – siła Coulomba [N] 
q

1

 – pierwszy ładunek elektryczny [C] 

q

2

 – drugi ładunek elektryczny [C] 

r – odległość ładunków od siebie [m] 
ε

0

 – przenikalność elektryczna próżni [F/m] 

ε – przenikalność  elektryczna środowiska [F/m] 

 

 

 
 Wersja wektorowa 

 

 

 

 

 
 

14. Wymienić  właściwości  pól  elektrycznych  oraz  rodzaje  elektryzacji.  Podać  kilka 

przykładów jej zastosowania w życiu codziennym i technice. Zilustrować. 

Właściwości pola elektrycznego: 

 

Zasada superpozycji .

 

Siła pochodzące od kilku pól elektrycznych jest wektorową sumą sił, jakie wytwarza każde z 
tych  pól.  Możliwość  sumowania  wkładów  od  wielu  pól  jest  dziedziczona  przez  wielkości 
opisujące pole elektryczne, takie jak natężenie pola elektrycznego, czy jego potencjał.

 

 

Zachowawczość pola elektrycznego 

Siły  elektryczne  wytworzone  przez  spoczywające  lub  poruszające  się  ruchem  jednostajnym 
ładunki,  są  zachowawcze,  czyli  praca  wykonana  przy  przesunięciu  ładunku  w  polu 
elektrycznym  na  drodze  zamkniętej  jest  równa  zeru.  Często  krótko  nazywa  się 
zachowawczym  samo  pole  elektryczne  ładunków  spoczywających  zwane  polem 
elektrostatycznym. 
  Wynikiem zachowawczości pola elektrycznego jest jego 
Potencjalność, czyli istnienie energii potencjalnej i potencjału. 
Bezwiórowość 
Obie te cechy są matematycznie równoważne z zachowawczością. 
Pole elektryczne wytworzone przez zmieniające się pole magnetyczne nie jest zachowawcze i 
powinno być rozpatrywane wspólnie z polem magnetycznym jako pole elektromagnetyczne. 

 

Źródłowość pola elektrycznego 

Pole elektryczne wytworzone przez ładunki elektryczne jest polem źródłowym, linie sił tego 
pola  rozpoczynają  się  i  kończą  na  ładunkach.  Matematycznym  wyrazem  źródłowości  pola 
elektrycznego jest prawo Gaussa. 
 
Rodzaje elektryzacji: 

background image

  Kontakt i separacja – tryboelektryzacja 

 

Elektryzacja przez indukcję 

 

Elektryzacja w polu wyładowania ulotowego 

Przykłady zastosowania: 

  Jedno – i dwu stopniowe elektrofiltry 

 

Elektrostatyczne przędzenie włókien (elektrospining) 

  Kserografia (elektrokserografia) 

 

Separatory bębnowe rud mineralnych 

 

Separatory materiałów i rud mineralnych na bazie złoża fluidalnego 

 

Elektrostatyczne rozpylanie pestycydów w rolnictwie 

  Drukarki atramentowe 

  Wytwarzanie papieru ściernego piaskowego i tkaniny żwirowej 

 

15. Wyprowadzić  wzór  z  założeń  fizycznych  na  pojemność  zastępczą  szeregowego 

połączenia kondensatorów. Zilustrować. 

 

 

 

 

 

↓ 

 

 

16. Podać definicje prądu elektrycznego i natężenia prądu elektrycznego (wzór, wielkości, 

jednostki). Na czym polega różnica oboma pojęciami?  

Prąd elektryczny – jest to uporządkowany ruch ładunków elektrycznych w przestrzeni przez 
dany przekrój poprzeczny środowiska pod działaniem pola elektrycznego. 
Natężenie  prądu  elektrycznego  –  jest  to  stosunek  ładunku  przepływającego  przez 
poprzeczny przekrój przewodnika do czasu jego przepływu. 
 

background image

 

 

 

i – prąd [A] 
Q – ładunek elektryczny [C] 
t – czas przepływu [s] 

 

17. Podać  prawa  Ohma  i  Kirchhoffa  i  je  zilustrować.  Wyprowadzić  wzór  na  rezystancję 

zastępczą szeregowego połączenia rezystorów. Podać założenia fizyczne. 

Prawo  Ohma  –  natężenie  prądu  zależy  wprost  proporcjonalnie  od  napięcia    i  odwrotnie 
proporcjonalnie do rezystancji. 

 

I – natężenie prądu [A] 
R – rezystancja [Ω] 
E – siła elektromotoryczna [V] 
 

Prawo Ohma (klasyczne) 

 

J – gęstość prądu [A/m

2

ρ – rezystywność [Ωm] 

E – natężenie pola elektrycznego [V/m] 
γ – konduktywność [S/m] 

 

Ogólne prawo Ohma 

 

E – natężenie pola elektrycznego  

E

k

 – natężenie pola elektrycznego kulombowskiego 

E

z

 – natężenie pola elektrycznego sił zewnętrznych 

 

Pełne prawo Ohma 

  

I – natężenie prądu 

 

R – rezystancja 

 

E – siła elektromotoryczna 

Pierwsze  prawo  Kirchhoffa  –  suma  natężeń  prądów  wchodzących  do  węzła  sieci 
elektrycznej jest równa sumie natężeń prądów wychodzących z punktu węzłowego. 

 

 

 

 

 

 
Drugie  prawo  Kirchhoffa
  –  suma  sił  elektromotorycznych  w  oczku  jest 
równa sumie spadków napięć na wszystkich rezystorach w tym oczku. 
Jest to prawo zachowania energii elektrycznej. Bilans energetyczny oczka. 

 

 

  

 

 

 

 

background image

 

 

 

 

 

 

18. Na  czym  polega  różnica  między  siłą  Ampere’a  i  siłą  Lorentza?  Podać  wzory  i  je 

omówić – wielkości i ich jednostki. Zilustrować. 

Siła Ampere’a 

Prawo  Ampera  prawo  wiążące  indukcję  magnetyczną 
wokół  przewodnika  z  prądem  z  natężeniem  prądu 
elektrycznego przepływającego w tym przewodniku. F=I 
l B sinα = I l B sin (l,B) i wektorowo F=I l x B

 

 

 

Siła  Lorentza  Pole  magnetyczne  definiuje  się 
przez siłę, jaka działa na poruszający się ładunek 
w  tym  polu.    Siła  Lorentza  –  siła  powoduje 
zmianę trajektorii a nie pracę.  

 

Zapisana skalarnie 

 gdzie α to kąt 

pomiędzy  wektorem  prędkości  a  indukcji 
magnetycznej. 

 

19. Podać  wzorami  (wektorowo  i  skalarnie)  prawo  Biota-Savarta-Laplace’a?  Omówić 

wielkości i ich jednostki. 
 

Prawo  Biota  Savarta  Laplace’a  Prawo  to  pozwala  określić  w 
dowolnym  punkcie  przestrzeni  indukcję  pola  magnetycznego,  której 
źródłem  jest  element  przewodnika  przez  który  płynie  prąd.  Indukcja 
magnetyczna  w danym punkcie pola magnetycznego wytworzona przez 
przewodnik  z  prądem  o  dowolnym  kształcie  jest  sumą  wektorową 
indukcji  pochodzących od małych odcinków  przewodnika z prądem.  

 

background image

20. Które zjawisko i prawo stanowią podstawę budowy generatora napięcia? Omówić.  

Jednym  z  najpowszechniejszych  zastosowań  prawa  Faradaya  są  generatory  napięcia 
(wytwarzają  prąd  elektryczny  konwertując  energię  mechaniczną  na  elektryczną)  . 
Większość  generatorów  wytwarza  energię  elektryczną  w  wyniku  indukcji 
elektromagnetycznej.  
Generatory  te  mają  elementy  poruszające  się  w  polu 
magnetycznym lub wytwarzane jest zmienne pole magnetyczne. I 
 

21. Co to jest gęstość prądu? Wzór, jednostki (omówić). Dlaczego jest to takie ważne. 
22. Od  czego  zależy  praca  wykonana  przy  przenoszeniu  ładunku  próbnego  z  jednego 

miejsca do drugiego? 

Różnica potencjałów