Всички тела съдържат два вида частици, които са отговорни за заряда на тялото. Това са електроните, които притежават отрицателен електрически заряд, и протоните, които притежават положителен електрически заряд. Всяко тяло е изградено от атоми, които притежават равен брой електрони и протони. Поради това телата обикновено не са заредени. Тяло, в което броят на двата вида заряди е равен, се нарича електрически неутрално тяло, като неговият заряд е равен на нула.

Когато броят на електроните и протоните е различен, то телата се зареждат.

• Отрицателно заредени тела – Ако електроните са повече, то тялото се зарежда отрицателно.
• Положително заредени тела – Ако протоните са повече, то тялото се зарежда положително.

• Привличане между заредени тела – Разноименно заредените тела (отрицателни и положителни) се привличат.
• Отблъскване между заредени тела – Едноименно заредените тела (две положителни или две отрицателни) се отблъскват.

• Oпределение – Силите F на взаимодействие между електричните заряди, се наричат електрични сили.
• Как действа електричната сила – Силата F е насочена по права, свързваща взаимодействащите си заряди.
• Мерна единица – Електричната сила F, както всяка друга сила, се измерва в Нютон [N].

Силата F на взаимодействие между неподвижни електрични заряди е равна на:

(1): , където q₁ и q₂ – големината на неподвижните взаимодействащи си заряди, r – разстоянието между тях, k – коефициент на пропорционалност, който зависи от използваната система от мерни единици, както и от средата, в която си взаимодействат зарядите. В системата SI и във вакуум имаме k = 9.10⁹ (N.m²)/C².

Oпределение – Пространството около заряд, в което действа електрична сила. Ако зарядът е неподвижен, то създаденото от него поле се нарича електростатично.

• Oпределение – Отношението между силата F, действаща на пробен заряд, и големината на заряда q₀:

  (2): .

• Мерна единица – Основната мерна единица за интензитет е [N/C], защото се получава от формула (2).
• Силова характеристика на полето – Интензитетът зависи само от силата, затова е силова характеристика на полето.

(3): , където q е големината на точков заряд, създаващ поле с интензитет Е, r – разстоянието от точковия заряд до точката, която се разглежда, k – коефициентът на пропорционалност.

• Oпределение за потенциал – Потенциалът φ на точка от полето е равен на отношението на потенциалната електрична енергия W на пробен заряд, поставен в тази точка, към големината q₀ на пробния заряд:

  (6): , където A е работата за придвижването на пробния заряд q₀ до дадената точка.

• Мерна единица – Основната мерна единица за потенциал е Волт [V].
• Енергетична характеристика на полето – Потенциалът зависи само от енергията, затова е енергетична характеристика на полето.
• Изводи за потенциал
  • Потенциалът на полето намалява по посока на силовите линии на интензитета (Фиг. 3).
  • Под действие на електрична сила F (Фиг. 3) положителните частици започват да се движат от точки с по-висок потенциал към точки с по-нисък потенциал, а отрицателните частици започват да се движат в противоположна посока – от по-ниския към по-високия потенциал.
• Напрежение U (потенциална разлика) между две точки от полето – Потенциалната разлика между две точки M и N от електростатичното поле (Фиг. 3) се намира по формулата:

  (7): U = φ_M – φ_N, където φ_M и φ_N са потенциалите на точки M и N от полето.

• Връзка между напрежението U и интензитета E при еднородно електростатично поле:

  (8): , където d е разстоянието между точките M и N от електростатичното поле (Фиг. 3).

  Бележка:

  От формула (8) следва втора мерна единица за интензитет, която е [V/m].

• Работа и кинетична енергия – Ако E_k (M) е кинетичната енергия в началното състояние M, а E_k (N) – кинетична енергия в крайното състояние N, то работата A на електричната сила е равна на изменението на кинетичната енергия:

  (10.1): A = ΔE_k = E_k (N) – E_k (M).

• Работа и потенциална енергия – Ако W_M = qφ_M е потенциалната енергия в началното състояние M, а W_N = qφ_N е потенциалната енергия в крайното състояние N, то работата A на електричната сила е равна взетото със знак минус изменение на потенциалната енергия:

  (10.2): A = – ΔW = – (W_N – W_M) = W_M – W_N = q(φ_M – φ_N) = q.U.

• Работа и интензитет на полето – Ако d е разстоянието, което частицата изминава под действие на електростатичната сила в поле с интензитет E, то работата A на електричната сила е:
  (11): A = qdE.
• Положителна работа. Отрицателна работа. Нулева работа:
  • Работа на електричните сили върху отрицателна частица (електрон) – Нека електрон е преместван в полето на положителен точков заряд по линията NMAB (Фиг. 3). От формула (10) се вижда, че на участъка NM работата на електричната сила A_NM е:
    A_NM = q(φ_N – φ_M).

    Имаме електрон (т.е. q < 0), който се движи обратно на посоката на силовите линии (т.е. φ_M > φ_N φ_N – φ_M < 0), получаваме, че A_NM > 0.

    Аналогично за участъка AB, електронът се движи по посока на силовите линии и работата е отрицателна, т.е. A_AB < 0.

    В участъците MA и BN имаме φ_A = φ_M и φ_N = φ_B и работата е нула, т.е. A_BN = A_MA = 0.

  • Работа на електричните сили върху положителна частица (протон) – Нека протон е преместван в полето на положителен точков заряд по линията MNBA (Фиг. 3). От формула (10) се вижда, че на участъка MN работата на електричната сила A_MN е:
    A_MN = q(φ_M – φ_N).

    Имаме протон (т.е. q > 0), който се движи по посоката на силовите линии (т.е. φ_M > φ_N φ_M – φ_N > 0), получаваме, че A_MN > 0.

    Аналогично за участъка BA, протонът се движи обратно на посока на силовите линии и работата е отрицателна, т.е. A_BA < 0.

    В участъците NB и AM имаме φ_N = φ_B и φ_A = φ_M работата е нула, т.е. A_NB = A_AM = 0.

  Извод:
  1. Отрицателна частица, движеща се в поле създадено от положителен точков заряд:
     • Ако се движи обратно на посоката на силовите линии на полето, то работата на електричната сила е положителна.
     • Ако се движи по посока на силовите линии на полето, то работата на електричната сила е отрицателна.
     • Ако се движи перпендикулярно на силовите линии на полето, то работата на електричната сила е нула.
  2. Положителна частица, движеща се в поле създадено от положителен точков заряд:
     • Ако се движи обратно на посоката на силовите линии на полето, то работата на електричната сила е отрицателна.
     • Ако се движи по посока на силовите линии на полето, то работата на електричната сила е положителна.
     • Ако се движи перпендикулярно на силовите линии на полето, то работата на електричната сила е нула.

• Oпределение – При триенето на две незаредени тела, електрони от едното тяло преминават в другото и зарядите на телата стават разноименни. Едното тяло се зарежда положително, а другото – отрицателно.
• Маса на тялото – Масата на тялото след наелектризирането НЕ се променя, защото масата на електроните е пренебрежимо малка спрямо масата на останалите частици.

• Oпределение – Наелектризирането при контакт (допир) на две тела води до обмяна на заряди между двете тела.
• Наелектризиране на тела с еднакви маси – Ако две тела са с еднакви маси, то при допир зарядите се разпределят по равно. На фигурата преди допир първото топче има заряд 6 С, а второто – не е заредено. След допира общият заряд се разпределя поравно и двете тела имат заряд по 3С.
• Наелектризиране на тела с различни маси – Ако двете тела са с различни маси, то при допир общият заряд се преразпределя пропорционално на масите им.
• Заземяване – Ако едното тяло е много по-голямо от другото, то зарядът изцяло преминава към него, а малкото тяло се разрежда напълно. Свързването на заредено тяло със Земята чрез проводник, води практически до пълен разряд на тялото, защото масата на Земята е много по-голяма от тази на тялото. Тази връзка се нарича заземяване. Добре заземените тела не се наелектризират, защото некомпенсираните заряди преминават в Земята.

• Наелектризиране без допир – Заредено тяло (проводник) се доближава до незаредено (което също е проводник) и в последното настъпва преразпределение на зарядите.
• Oпределение за електростатична индукция – Явлението, при което на повърхността на проводник се получат електрични заряди при поставянето му в електростатично поле.

Доближаваме наелектризирана с положителен заряд стъклена пръчка до електронеутрална метална сфера.

• Свободните електрони се привличат от пръчката и част от тях се натрупват в по-близката до нея част от повърхността на сферата, която се зарежда отрицателно. Поради недостиг на електрони срещуположната част от сферата се наелектризира положително (Фиг. 5 – а).
• Заземяваме сферата (Фиг. 5 – б). Положителните заряди от сферата привличат отрицателни заряди от земната повърхност.
• След премахване на заземяването (Фиг. 5 – в) тези отрицателни заряди остават върху сферата.
• След премахване на пръчката (Фиг. 5 – г) електроните се разпределян на повърхността на сферата и тя се зарежда отрицателно.

• Електростатично равновесие – Когато не се извършва пренасяне на заряди през обема или повърхността на проводника.
• Свойства на зарядите в електростатично равновесие:

  Св.₁: Интензитетът на електричното поле вътре в проводника е равен на нула.

  Св.₂: Извън проводника силовите линии са перпендикулярни на повърхността на проводника.

  Св.₃: Некомпенсираните заряди се натрупват на повърхността на проводника.

  Св.₄: Най-много заряди се натрупват в изпъкналите части на проводника.

  Св.₅: Потенциалът във всяка точка от повърхността на проводника е един и същ.

• Електростатично екраниране – Ако искаме да изолираме електричен уред или цяло помещение от влиянието на външни електрични полета, достатъчно е да го поставим в метална обвивка или да го обвием в гъста метална мрежа, известна като фарадеев кафез. От свойствата на зарядите в електростатично равновесие следва, че силовите линии на външното електрично поле прекъсват в индуцираните върху външната повърхност на обвивката заряди и полето вътре в нея е нула. Този начин на защита се нарича електростатично екраниране.
• Гръмоотвод (мълниеотвод) – Сигурна защита от гръмотевична будя е мълниеотводът. Той е заострена и добре заземена метална пръчка. Наелектризираните облаци индуцират върху сградата заряди с противоположен знак. От свойствата на зарядите в електростатично равновесие следва, че най-много заряди се натрупват в заострената част на гръмоотводът и там електричното поле е най-силно. Така вместо чрез разрушителна кратковременна мълния, сградата обменя с облака заряди по един безопасен начин, за по-дълго време.

Система от две успоредни разноименно заредени и изолирани една от друга пластинки, като разстоянието между тях е малко в сравнение с размерите им. Тези пластинки се наричат електроди. Двата електрода имат един и същи заряд q.

• на произволен кондензатор – Капацитетът С характеризира възможността в кондензатора да се натрупва електричен заряд, т.е. капацитетът С на кондензатор е равен на отношението между заряда q на кондензатора и напрежението U между електродите му:

  (13): .

• на плосък кондензатор – Капацитетът C е пропорционален на площта S на електродите и обратно пропорционален на разстоянието d между тях:

  (14): .

  Бележки:

  1. От формула (13) следва, че капацитетът на кондензаторите е постоянна тяхна характеристика и той НЕ зависи от зарядите на електродите и от напрежението между тях, а зависи от отношението между тях, защото, ако увеличим заряда q, напрежението U също се увеличава, така че капацитетът С не се променя.
  2. Капацитетът на плосък кондензатор зависи не само от посочените величини във формула (14), но и от формата, размерите, разположението на електродите и диелектрика между тях.
• Основна мерна единица за капацитет – Фарад [F].

(15): W = qU = CU², където q е зарядът на електродите, C – капацитетът на кондензатора, U – напрежението между електродите, W – енергията.

При поставяне на диелектрик между електродите на плосък кондензатор напрежението му намалява, но капацитетът расте.

(16): U₁ = εU₂, където U₁ е напрежението между електродите без диелектрик, U₂ – напрежението между електродите при поставяне на диелектрик, ε – диелектрична проницаемост на средата.

O – Вещества, които не пропускат електричен ток.

Интензитетът на електричното поле намалява, когато в него се внесе диелектрик, защото полето създадено от поляризирания диелектрик е с противоположна посока на външното поле.

O – Насочено движение на свободни електрични заряди.

• Големина I – големината на заряда q, преминал през дадено сечение за единица време t:

  (19): .

• Посока – от положителния към отрицателния полюс на батерията.
• Мерна единица – Основната мерна единица за големина на тока е Ампер [A].

Работата A, извършена от електричните сили, за пренасянето на заряд q между две точки (или енергията W, отдадена от заряд q при пренасянето му между две точки):

(20): .

Основната мерна единица за напрежение е Волт [V].

Работата A_стр. на страничните сили за пренасянето на заряд q вътре в батерията от единия ѝ полюс до другия:

(21): .

(22): , където l е дължината на проводника, S – лицето на сечението му, ρ – специфично съпротивление.

т.е. съпротивлението на омовите проводници НЕ зависи от тока и напрежението, а се определя само от размерите им и от вида на веществото, от което са направени.

Основната мерна единица за съпротивление е Ом [Ω].

• Какво характеризира – Специфичното съпротивление ρ е мярка за способността на материала да пропуска електричен ток, т.е. величината ρ характеризира електричните свойства на веществото. Специфичното съпротивление НЕ зависи от размерите на проводника, а само от вида на веществото, от което е направен и от температурата на проводника.
• Зависимост на специфичното съпротивление от температурата на:
  
  • метални проводници (Фиг. 7 – Б) – При намаляване на температурата T, специфичното съпротивление ρ намалява.
  • свръхпроводници (Фиг. 7 – А) – При намаляване на температурата T, специфичното съпротивление ρ намалява, като при температура T_кр – наречена критична, съпротивлението рязко става нула. Това явление се нарича свръхпроводимост. При повечето свръхпроводници критичната температура е много ниска.
  • полупроводници (Фиг. 7 – В) – При увеличаване на температурата T, специфичното съпротивление ρ намалява. Това се дължи на увеличаването на броя на токовите носители при нагряване.

    Например, за чист силиций Si за всеки 10° С съпротивлението намалява два пъти.

• Основната мерна единица е [Ω.m].
• За практически цели по удобна е следната мерна единица .

(23): U = I.R.

(24): .

(25): .

(26): , където I е големината на тока в цялата верига (включително и през източника), ε – електродвижещото напрежение, R – еквивалентното съпротивление на външната част от веригата, r – вътрешното съпротивление на източника.

(29): A = UIt, където t е времето за протичане на ток с големина I през участък с напрежение U.

(30): A = I²Rt, където R е съпротивлението на цялата верига.

(31): .

(32): , където P е мощността на тока.

(33): P = UI.

(34): P = I²R.

(35): .

Основната мерна единица за мощност е Ват [W].

(36): Q = E = A = UIt, където Q е количеството топлина, отделена в консуматора (или преобразуваната електроенергия E).

(37): Q = E = A = Pt.

(38) Q = E = A = I²Rt.

(39): Q = E = .

• Основна мерна единица – Джаул [J].
• Често използвана в бита – Киловатчас [kWh] (тази мерна единица се получава от формула (37)).

Свободни електрони.

Положителни и отрицателни йони.

Свободни електрони, положителни и отрицателни йони.

Положително заредени p-носители (дупки) и отрицателно заредени n-носители (свободни електрони).