A dörzsöléssel elektromos állapotba hozott testek magukhoz rántanak, felemelnek apró tárgyakat. Az elektromos mező a benne lévő töltésekre azok elmozdulása közben erőt fejt ki, azaz a mező munkát végez. Tehát a tér két pontja között jelen lévő mezőt azzal a mennyiséggel is tudjuk jellemezni, hogy mennyi munkát tud végezni a mező a két pont között elmozduló próbatöltésen. Mindenki számára logikus, hogy ez a munka nemcsak a mezőtől, hanem az elmozduló próbatöltés nagyságától is függ. Minél nagyobb a próbatöltés annál több munkát kell végeznie a mezőnek, hogy ugyanazon két pont között elmozdítsa. Hiszen W = F x s, és F egyenesen arányos a töltéssel.
Két pont között elmozduló próbatöltésen a mező által végzett munkának (W) és a próbatöltésnek (Qp) a hányadosa a mezőnek erre a két pontjára jellemző állandó, amely már független a próbatöltéstől, ezért alkalmas a két pont közötti elektromos mező jellemzésére. A hányados neve elektromos feszültség. Jele: U.

A feszültség mértékegysége Volta olasz fizikus tiszteletére a volt, jele V. Akkor 1V a feszültség az elektromos mező két pontja között, ha 1C töltés átáramoltatásakor a mező 1J munkát végez.

3.1. Párosítsd az elektromos készülékeket a hozzájuk tartozó feszültséggel!

ceruzaelem	220V
zsebtelep	4,5V
autóakkumulátor	100 000 000V
elektromos hálózat	20 000-750 000V
távvezeték	1,5V
villám	12V

3.2. Old meg az alábbi számítási feladatokat!
a.) Mennyi munkát végez az elektromos mező, miközben 5 C töltést áramoltat át 10 V feszültségű pontjai között?
b.) Mennyi munkát végez az elektromos mező, miközben 15 C töltést áramoltat át 20 V feszültségű pontjai között?
d.) Mekkora a feszültség a mező két pontja között, ha 5 C töltés átszállításakor a végzett munka 400 J?
e.) Mekkora a feszültség a mező két pontja között, ha 25 C töltés átszállításakor a végzett munka 200 J?
f.) Egy áramforrás 5 J munkát végez, miközben 2 C töltést áramoltat át egy fogyasztón. Mekkora az áramforrás feszültsége?
g.) Mennyi az átáramlott töltés, ha a mező két pontja között 220 V a feszültség és a végzett munka 4000 J?
h.) Mennyi az átáramoltatott töltés, ha a mező két pontja között 1,5 V a feszültség és a végzett munka 30 J?
i.) Az elektromos mező két pontja közt mért feszültség 110 V. Mekkora töltés áramlott át, ha a végzett munka 500 J?

3. Írd le az általános tömegvonzás törvényének matematikai alakját! Hasonlítsd össze a Coulomb-törvénnyel! Keress azonosságokat és különbségeket!

Tudjuk, hogy a gravitáció ellenében csak akkor kell fizikai értelemben munkát végeznünk, ha a test földfelszíntől mért magasságát akarjuk változtatni, hiszen csak az erő irányával párhuzamos komponensét kell venni az elmozdulásnak. Azaz a munkavégzés nagysága független az útvonaltól, csak a két pont egymáshoz viszonyított helyzetétől függ. Ezért neveztük a gravitációs mezőt konzervatívnak, ezért teljesül az energiamegmaradás törvénye.

Mit mondhatunk az elektromos mező esetében?

Itt is csak a párhuzamos komponenssel kell számolni, tehát fennáll az útvonaltól való függetlenség, azaz az elektromos mező is konzervatív. Gyakran egy közös nulla ponthoz viszonyítva adnak meg minden feszültséget. Az ilyen feszültségnek a neve potenciál, hiszen ez már pontonként jellemzi a mezőt. Bármely két pont közötti feszültséget felfoghatjuk úgy is, mint a pontok potenciáljainak különbségét.

feszültség= potenciálkülönbség

3.4. Dróthálóra elektromos töltéseket vezetünk. Mi történik a hálóhoz kötött papírszeletkékkel? Képezzünk ezután zárt körgyűrűt a dróthálóból, és újra töltsük fel! Mi történik a papírszeletekkel most? Hogyan tudnád értelmezni a jelenséget?

Az azonos töltések a közöttük fellépő taszító erőhatás miatt a lehető legmesszebb igyekeznek elhelyezkedni egymástól. A vezetőre felvitt többlet töltés mindig a vezető külső felületén helyezkedik el. Sztatikus elektromos állapotban a vezető belsejében a térerősség zérus, a felület minden pontja azonos potenciálú. Tehát köztük nincs feszültség.

3.5. Miért védik fémráccsal a gázpalackokat?

3.6. Fémgömb felületén a töltéseloszlás egyenletes. Hogyan változik a töltés eloszlása, és ezzel a térerősség, ha csúcsokat hozunk létre? Készíts vázlatrajzot, jelöld be rajta az erővonalakat! Ügyelj arra, hogy ezek merőlegesek a fém felületére!

 

A csúcsoknál létrejövő erős inhomogén mező könnyen polarizálja és a csúcsokhoz mozgatja a levegő molekuláit, amelyek a csúcsokkal érintkezve feltöltődnek, majd onnan a taszítás miatt nagy sebességgel ellökődnek, más semleges részecskéket is magukkal ragadva. Így alakul ki az elektromos szél. A csúcsok közelében tehát a levegő vezetőként viselkedik.

3.7. Mi történik a gyertyával és miért?

 

 

 

A villám a szikrához hasonló folyamat, amely egy felhő és a föld, vagy két felhő között jön létre, ha azok ellentétes töltésűek. A villám keletkezéséhez sok millió volt feszültség szükséges. A földbe csapó villámok hossza rendszerint 1-2 km, a felhők között átcsapó villámok több kilométer hosszúak is lehetnek. Mértek már 50 km hosszú villámot is. Az erős fővillám számára egy gyengébb elővillám készíti elő az általában elágazó, néhány deciméter széles kisütési csatornát. Egy fővillám létezése kb. a másodperc ezredéig tart, az áramerőssége 10 ezer A nagyságrendű. A villámcsapás ellen hatásos védelmet nyújt Franklin találmánya (1972), a villámhárító. A villámhárító segíti elvezetni a ház felhővel ellentétes töltését, így csökken az épület és a felhő közötti feszültségkülönbség.

Franklin számadása életéről
A villámhárító
Humoros idézetek

3.8. Nézz utána részletesebben a villám keletkezésének, illetve a villámcsapás elleni védekezésnek!

feszültség, konzervatív mező, potenciál