Autor: Irina Vladimirovna Bakhtina, učiteľka fyziky, MBOU „Stredná škola 3“ Nový Oskol, Belgorodský kraj Potenciálna energia nabitého tela v jednotnom elektrostatickom poli. Potenciál. Potenciálny rozdiel. E φ1 φ1 φ2 φ2 φ3 φ
OBSAH Terénne práce na pohybe náboja .......... Potenciálna energia nabitého telesa ........ ...................... Potenciál elektrostatického poľa ........ ………… Zamyslenie …………………………… .. …………………… .. ……………… ..
Práce pri pohybe náboja v rovnomernom elektrostatickom poli + - Е 1 2 d1d1 d2d2 ΔdΔd Vypočítajme prácu v teréne pri pohybe kladného náboja q z bodu 1, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti d 1 od platne „-“, do bodu 2, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti d 2 od neho , Terénna práca je pozitívna a rovná sa: A \u003d F (d 1 - d 2) \u003d qE (d 1 - d 2) \u003d - (qEd 2 - qEd 1)
Práca poľa nezávisí od tvaru cesty E1 2. Pri pohybe pozdĺž častí krokov kolmých na silu poľa E sa práca nevykonáva. ADAD. Ak sa pohybujete pozdĺž častí krokov rovnobežných s bodom E, pracuje sa rovnako ako práca presunu náboja z bodu 1 do bodu 2 na vzdialenosť Δd pozdĺž elektrického vedenia
Potenciálna energia Známy fakt: Ak práca nezávisí od tvaru trajektórie, potom sa rovná zmene potenciálnej energie odobratej s opačným znamienkom, t. J. A \u003d - (Wp 2 - W p1) \u003d - Δ Wp Predtým sme dostali vzorec: A \u003d - (qEd 2 - qEd 1) Je zrejmé, že potenciálna energia náboja v jednotnom elektrostatickom poli je: W p \u003d qEd Dôležité závislosti Ak A\u003e 0, potom Δ Wp 0, potom Δ Wp 
Potenciál elektrostatického poľa Práca v teréne pri pohybe tela z jedného bodu do druhého nezávisí od tvaru trajektórie. Práca v poli pri pohybe tela po uzavretej ceste sa rovná nule. Potenciálne pole Akékoľvek elektrostatické pole je potenciálne; Iba pre jednotné elektrostatické pole platí vzorec W p \u003d qEd W p1 \u003d q 1 Ed W p2 \u003d q 2 Ed W p3 \u003d q 3 Ed W pn \u003d qn Ed ͠͠ W pq, potom W p / q \u003d const Potenciál elektrostatického poľa je pomer potenciálna energia náboja v poli k tomuto náboju φ \u003d φ \u003d WpWp q Potenciál - energetická charakteristika poľa Jednotka potenciálu v SI: 1 [φ] \u003d 1B
Potenciálny rozdiel Potenciálna hodnota v danom bode závisí od výberu nulovej úrovne pre potenciálnu referenciu, zmena potenciálu nezávisí od výberu nulovej úrovne potenciálnej referencie. Wp \u003d q φ Α \u003d - (Wp2 - Wp1) \u003d - q (φ 2 - φ 1) \u003d q (φ 1 - φ 2) \u003d qU, kde U \u003d φ 1 - φ 2 je potenciálny rozdiel, t.j. to znamená, že rozdiel medzi potenciálnymi hodnotami v počiatočných a konečných bodoch trajektórie U \u003d \u003c1 -\u003e 2 \u003d \u003d / q. Potenciálny rozdiel (napätie) medzi dvoma bodmi sa rovná pomeru poľa, keď sa náboj pohybuje z počiatočného bodu do konečného k tomuto náboju. Jednotka potenciálneho rozdielu v SI: 1 [U] \u003d 1 J / Cl \u003d 1 V
Vzťah medzi intenzitou elektrostatického poľa a napätím 12 ΔdA A \u003d qE Δd Α \u003d q (φ 1 - φ 2) \u003d qU U \u003d E Δd E \u003d U / Δd U - potenciálny rozdiel medzi bodmi 1 a 2; Δd je posunovací vektor, ktorý sa zhoduje s vektorom E T. až. Α \u003d q (φ 1 - φ 2)\u003e 0, potom φ 1\u003e φ 2 \u003d\u003e! ! ! intenzita elektrického poľa je nasmerovaná na potenciálne klesajúcu jednotku intenzity v SI: 1 [E] \u003d 1B / m 0, potom φ 1\u003e φ 2 \u003d\u003e! ! ! intenzita elektrického poľa je nasmerovaná na klesajúci potenciál Jednotka intenzity v SI: 1 [E] \u003d 1B / m "\u003e 
Všetky body tohto povrchu majú rovnaký „title \u003d“ (! LANG: ekvipotenciálne povrchy. Ak nakreslíte povrch kolmo v každom bode k silovým čiaram, potom keď sa náboj pohybuje po tomto povrchu, elektrické pole nefunguje, \u003d\u003e všetky body tohto povrchu povrchy majú to isté" class="link_thumb"> 9 !} Ekvipotenciálne povrchy Ak nakreslíme povrch kolmý na silové čiary v každom bode, potom keď sa náboj pohybuje po tomto povrchu, elektrické pole nefunguje, \u003d\u003e všetky body tohto povrchu majú rovnaký potenciál. Ekvipotenciál - povrchy s rovnakým potenciálom pre jednotné pole - roviny pre pole bodového náboja - sústredné sféruje povrch ktoréhokoľvek vodiča v elektrostatickom poli E ΔdΔd + E ΔdΔd všetky body tohto povrchu majú rovnaký "\u003e všetky body tohto povrchu majú rovnaký potenciál. Ekvipotenciálne - povrchy s rovnakým potenciálom pre jednotné pole - roviny pre pole bodového náboja - koncentrické sférujú povrch akéhokoľvek vodiča v elektrostatickom poli E ΔdAD + Points ΔdΔd "\u003e všetky body tohto povrchu majú rovnaký" title \u003d "(! LANG: Ekvipotenciálne povrchy Ak nakreslíme povrch kolmý v každom bode k silovým čiaram, potom, keď sa náboj pohybuje po tomto povrchu elektrické pole nefunguje, \u003d\u003e všetky body tohto povrchu majú rovnaké"> title="Ekvipotenciálne povrchy Ak nakreslíme povrch kolmý v každom bode k silovým čiaram, potom keď sa náboj pohybuje po tomto povrchu, elektrické pole nefunguje, \u003d\u003e všetky body tohto povrchu majú rovnaký"> !}
Príklady ekvipotenciálnych plôch φ1 φ1 φ2 φ3 φ3 φ4 φ4 φ 4 
0 sa pohyboval po uzatvorenom obvode ABC D v oblasti bodového náboja q2\u003e 0. V ktorých oblastiach bola práca v teréne v oblasti pohybu náboja pozitívna? Negatívne? rovná nule? Ako sa zmenila potenciálna hodnota „title \u003d“ (! LANG: A B C D Uvažujme 1. Elektrický náboj q 1\u003e 0 sa pohyboval pozdĺž uzavretého obvodu ABC D v oblasti bodového náboja q 2\u003e 0. V ktorých oblastiach bolo pole pozitívne pre pohyb náboja: pozitívne „negatívny“ rovný nule? Ako sa dosiahol potenciál" class="link_thumb"> 11 !} A B C D Uvažujme 1. Elektrický náboj q 1\u003e 0 sa pohyboval pozdĺž uzavretého obvodu ABC D v oblasti bodového náboja q 2\u003e 0. V ktorých oblastiach bola práca v teréne v oblasti pohybu náboja pozitívna? Negatívne? rovná nule? Ako sa zmenila potenciálna energia systému? Aká je úplná práca pri pohybe poplatku? 2. Potenciál elektrostatického poľa sa zvyšuje v smere zdola nahor. Kde je smerovaný vektor intenzity poľa? Odpoveď je objasniť. 3. Porovnajte prácu na pohybe náboja q pozdĺž každej z línií intenzity elektrického poľa Je známe, že všetky body vo vodiči majú rovnaký potenciál. Dokáž to. 0 sa pohyboval po uzatvorenom obvode ABC D v oblasti bodového náboja q2\u003e 0. V ktorých oblastiach bola práca v teréne v oblasti pohybu náboja pozitívna? Negatívne? rovná nule? Ako sa potenciál "\u003e 0 pohyboval pozdĺž uzavretého okruhu ABC D v oblasti bodového náboja q 2\u003e 0. V ktorých oblastiach pôsobilo pole pri pohybe náboja: kladné? Záporné? Rovné nule? Ako sa zmenila potenciálna energia systému? Aká je celková práca pohybu? 2. Potenciál elektrostatického poľa sa zvyšuje v smere zdola nahor. Kde je smerovaný vektor intenzity poľa? Odpoveď na vysvetlenie 3. Porovnajte prácu na pohybe náboja q pozdĺž každej z línií intenzity elektrického poľa. + - 4. Je známe, že všetky body ki vo vodiči má rovnaký potenciál. Dokáž to. “\u003e 0 sa pohybovalo po uzatvorenom obvode ABC D v oblasti bodového náboja q 2\u003e 0. V ktorých oblastiach bola práca v teréne v oblasti pohybu náboja pozitívna? Negatívne? rovná nule? Ako sa zmenila potenciálna hodnota „title \u003d“ (! LANG: A B C D Uvažujme 1. Elektrický náboj q 1\u003e 0 sa pohyboval pozdĺž uzavretého obvodu ABC D v oblasti bodového náboja q 2\u003e 0. V ktorých oblastiach bolo pole pozitívne pre pohyb náboja: pozitívne „negatívny“ rovný nule? Ako sa dosiahol potenciál"> title="A B C D Uvažujme 1. Elektrický náboj q 1\u003e 0 sa pohyboval pozdĺž uzavretého obvodu ABC D v oblasti bodového náboja q 2\u003e 0. V ktorých oblastiach bola práca v teréne v oblasti pohybu náboja pozitívna? Negatívne? rovná nule? Ako sa potenciálna zmena zmenila"> !}
Rozhodnite sa a napíšte 1. Aký druh práce robí elektrické pole, keď pohybuje náboj 2 nC z bodu s potenciálom 20 V do bodu s potenciálom 200 V? Zadané: q \u003d 2 nC \u003d 2 x C φ 1 \u003d 20 B φ 2 \u003d 200 B ___________________________ A -? Roztok: Α \u003d q (φ 1 - φ 2) \u003d 2 x C (20 V - 200 V) \u003d \u003d - 0,36 μJ. Odpoveď: A \u003d 0,36 μJ. 2. Pole je tvorené nábojom 17 nC. Aká práca sa musí urobiť, aby sa ten istý náboj 4 nCl preniesol z bodu 0,5 m od prvého náboja do bodu 0,05 m od neho? Dané: q1 \u003d 17 nC \u003d 17 x Cd1 \u003d 0,5 m; d2 \u003d 0,05 m; q2 \u003d 4 nCl \u003d 4 x Cl A -? Roztok: A \u003d q2 Ed2 - q2 Edl \u003d kq2q1 (1 / d2 - 1 / d1) \u003d 11 μJ Odpoveď: A \u003d 11 μJ.
Literatúra a zdroje internetu 1. Myakishev G. Ya. Physics: učebnica pre 10. ročník všeobecných vzdelávacích inštitúcií / G. Ya. Myakishev, B. B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky. - M .: Vzdelávanie, 2009. 2. Kirik L. A., Gendenshtein L. E., Gelfgat I. M. Problémy vo fyzike pre špecializovanú školu s príkladmi riešení pre triedy. Ed. V.A. Orlova. - M.: Ileksa, Shaskolskaya M.P., Eltsin I.A. Zbierka vybraných problémov z fyziky. Ed. prof. S. E. Khaikin. - M .: Science, 1974.
Získať presný obraz silových línií nabitého tela je náročná úloha. Najprv musíte vypočítať intenzitu poľa E (x, y, z) ako funkciu súradníc. To však nestačí. Ťažkou úlohou je nakresliť súvislé čiary tak, že v každom bode čiary sa dotyčnica zhoduje so smerom ťahu. Najjednoduchšie je priradiť takúto úlohu k počítaču so špeciálnym programom.
Zostavenie presného obrazu o rozložení síl však nie je vždy potrebné. Niekedy stačí nakresliť približné obrázky, nezabudnite na to:
silové línie sú otvorené línie: začínajú na povrchu pozitívne nabitých telies (alebo v nekonečne) a končia na povrchu negatívne nabitých telies (alebo v nekonečne);
silové priamky sa nepretínajú, pretože v každom bode poľa má vektor napätia iba jeden smer;
medzi poplatkami sa polia v teréne nikde neprerušia.
Obrázky 7 až 10 znázorňujú obrázky silových čiar: kladne nabitá guľa (obrázok 7); dve opačne nabité gule (obr. 8); dve gule s rovnakým menom (obr. 9); dve platne, ktorých náboje sú rovnaké v absolútnej hodnote a sú oproti znamienku opačné (obr. 10).
|
|
|
|
|
|
Obrázok 10 ukazuje, že v priestore medzi doskami ďaleko od okrajov doštičiek sú silové línie rovnobežné: elektrické pole je vo všetkých bodoch rovnaké.
Nazýva sa elektrické pole, ktorého intenzita je rovnaká vo všetkých bodoch v priestore uniforma.
Pracujte pri pohybe náboja v rovnomernom elektrostatickom poli. Rovnomerné pole je napríklad tvorené veľkými rovnobežnými kovovými doskami, ktoré majú náboje opačného znamenia. Toto pole funguje na základe poplatkov q s konštantnou silou F = qE, rovnako ako zem pôsobí konštantnou silou F = mg na kameni blízko jeho povrchu.
Platne nechajte usporiadané zvislo (obr. 2), ľavú dosku kladne nabité a právo - negatívne Vypočítajte prácu vykonanú na poli pri pohybe kladného náboja q z bodu 1, na diaľku d x od ľavého taniera k bodu 2, umiestnené na diaľku d 2 od nej.
body 1 a 2leží na rovnakom vedení:
A \u003dqE (d 1 - d 2 ) = qE∆ d. (1)
Táto práca nezávisí od tvaru trajektórie, rovnako ako gravitačná práca nezávisí od tvaru trajektórie.
Potenciálna energia. Pretože práca elektrostatickej sily nezávisí od tvaru trajektórie bodu jej aplikácie, je táto sila konzervatívna a jej práca podľa vzorca sa rovná zmene potenciálnej energie prijatej opačným znamienkom:
= -(W n 2 - W nl ) = -∆ W n .
Porovnaním získaného výrazu so všeobecnou definíciou potenciálnej energie to vidíme potenciálna energia náboja v rovnomernom elektrostatickom poli sa rovná:
W n = qED.
Ak pole vykonáva pozitívnu prácu, potom potenciálna energia nabitého tela v poli klesá: ∆ W n < A. Zároveň podľa zákona o zachovaní energie rastie jej kinetická energia. A naopak, ak je práca negatívna (napríklad keď sa kladne nabitá častica pohybuje v smere opačnom k \u200b\u200bsmeru vektora sily poľa Epotom ∆ W n > 0. Potenciálna energia sa zvyšuje a kinetická energia klesá, častice sa spomaľujú.
Na uzavretej ceste, keď sa náboj vráti do počiatočného bodu, je práca v poli nula:
= -∆ W n = -(W nl - W n 2 ) = 0.
Nabité častice v elektrostatickom poli majú potenciálnu energiu. Keď sa častica presunie z jedného bodu do druhého, elektrické pole vykoná úlohu, ktorá nezávisí od tvaru trajektórie. Táto práca sa rovná zmene potenciálnej energie prijatej so znakom „-“.
V mechanike je vzájomné pôsobenie tiel na seba charakterizované silou a potenciálnou energiou. Elektrostatické pole, ktoré interaguje medzi nábojmi, je tiež charakterizované dvoma veličinami. Intenzita poľa je výkonová charakteristika.Teraz predstavujeme energetickú charakteristiku - potenciál.
Potenciál poľa.Práca akéhokoľvek elektrostatického poľa pri pohybe nabitého telesa z jedného bodu do druhého nezávisí tiež od tvaru trajektórie, ako aj od práce rovnomerného poľa. Na uzavretej ceste je práca elektrostatického poľa vždy nulová.Polia s touto vlastnosťou sa nazývajú potenciál.Potenciálny charakter má najmä elektrostatické pole bodového náboja.
Práca potenciálneho poľa sa môže vyjadriť prostredníctvom zmeny potenciálnej energie. vzorec A \u003d - (W n 2 - W nl ) platí pre každé elektrostatické pole. Ale iba v prípade jednotného poľa je potenciálna energia vyjadrená vzorcom .
Potenciál.Potenciálna energia náboja v elektrostatickom poli je úmerná náboju. Platí to pre homogénne aj nehomogénne pole. preto, pomer potenciálnej energie k náboju nezávisí od náboja umiestneného v poli.
To nám umožňuje predstaviť novú kvantitatívnu charakteristiku oblasti - potenciál φ , nezávisle od poplatku umiestneného v teréne.
Ako vieme, na stanovenie hodnoty potenciálnej energie je potrebné zvoliť nulovú úroveň jej referenčnej hodnoty. Pri určovaní potenciálu poľa vytvoreného systémom poplatkov sa predpokladá, že potenciál v nekonečne vzdialenom bode poľa je nula.
Potenciál bodu elektrostatického poľa je pomer potenciálnej energie náboja umiestneného v danom bode k tomuto náboju.
Podľa tejto definície je potenciál:
Intenzita poľa Eje množstvo vektora. Predstavuje silovú charakteristiku poľa, ktorá určuje silu pôsobiacu na náboj q v danom bode v poli. A potenciál φ je skalárny energetická charakteristika poľa,určuje potenciálnu energiu náboja q v danom bode v poli.
Ak v príklade s dvoma nabitými doskami ako bod s nulovým potenciálom vyberte bod na záporne nabitom pláte, potom podľa vzorcov je potenciál rovnomerného poľa:
Potenciálny rozdiel, Podobne ako potenciálna energia, aj hodnota potenciálu v danom bode závisí od výberu nulovej úrovne pre počítanie potenciálu, t. J. Od výberu bodu, ktorého potenciál sa rovná nule. Zmena kapacitynezávisle od výberu nulovej úrovne referenčného potenciálu.
Od potenciálnej energie je práca poľných síl rovná:
Tu je potenciálny rozdiel, t. J. Rozdiel medzi potenciálnymi hodnotami v počiatočných a konečných bodoch trajektórie.
Nazýva sa aj potenciálny rozdiel napätie.
Podľa vzorcov sa potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi rovná:
Potenciálny rozdiel (napätie) medzi dvoma bodmi sa rovná pomeru poľa pri pohybe kladného náboja od počiatočného bodu po konečný k hodnote tohto náboja.
Ak sa potenciál nekonečne vzdialeného bodu poľa považuje za nulovú referenčnú úroveň potenciálu, potom sa potenciál v tomto bode rovná pomeru práce elektrostatických síl na posun kladného náboja z daného bodu do nekonečna k tomuto náboju.
Jednotka potenciálneho rozdielu, Jednotka potenciálneho rozdielu sa stanoví pomocou vzorca. V medzinárodnom systéme jednotiek je práca vyjadrená v jouloch a poplatok v príveskoch. Potenciálny rozdiel medzi dvoma bodmi sa preto numericky rovná jednote, ak sa v prípade, že sa náboj posunie dovnútra1 cl z jedného bodu do druhého pracuje elektrické pole1 J. Táto jednotka sa nazýva volt(B); 1 V \u003d 1 J / 1 C
\u003e\u003e Fyzika: Potenciálna energia nabitého telesa v rovnomernom elektrostatickom poli
Účtované telá sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú. Pri pohybe nabitých telies, ako sú listy elektroskopu, pôsobia sily, ktoré na ne pôsobia. Z mechaniky je známe, že systém schopný vykonávať prácu v dôsledku interakcie telies medzi sebou má potenciálnu energiu. Preto má systém nabitých telies tzv. Potenciálnu energiu elektrostatický alebo elektrický.
Koncept potenciálnej energie je v elektrostatike najťažší. Pamätajte, aké ťažké bolo predstaviť si, aká je potenciálna energia v mechanike. Sila cítime priamo, ale neexistuje žiadna potenciálna energia. V piatom poschodí domu je potenciálna energia nášho tela vyššia ako v prvom. V žiadnom prípade to však nevnímame. Rozdiel je zrejmý, ak si pamätáte, že keď ste vyšplhali, museli ste pracovať, a tiež, ak si dokážete predstaviť, čo by sa stalo pri páde z 5. poschodia.
Energia interakcie elektrónov s jadrom v atóme a energia interakcie atómov so sebou navzájom v molekulách (chemická energia) je v podstate elektrická energia.
Z hľadiska teórie pôsobenia na krátke vzdialenosti, elektrické pole vytvorené iným nábojom priamo ovplyvňuje náboj. Keď sa náboj pohybuje, sila pôsobiaca na neho zo strany poľa funguje. (V nasledujúcom texte budeme pre stručnosť jednoducho hovoriť o práci poľa.) Preto možno tvrdiť, že nabité telo v elektrickom poli má energiu. Nájdite potenciálnu nábojovú energiu v jednotnom elektrickom poli.
Pracujte pri pohybe náboja v rovnomernom elektrostatickom poli. Rovnomerné pole je napríklad tvorené veľkými rovnobežnými kovovými doskami, ktoré majú náboje opačného znamenia. Toto pole funguje na základe poplatkov q s konštantnou silou, rovnako ako Zem pôsobí konštantnou silou 
na kameni blízko jeho povrchu.
Platne sú usporiadané zvislo ( obr. 14.26), ľavá doska B negatívne nabité a právo D - pozitívne. Pri pohybe kladného náboja počítame prácu vykonanú v teréne q z bodu 1
na diaľku d 1 od ľavého taniera k bodu 2
umiestnené na diaľku d 2 od nej. body 1
a 2
ležať na rovnakom vedení.
Elektrické pole pri pohybe náboja odvedie pozitívnu prácu
Táto práca nezávisí od tvaru trajektórie, rovnako ako gravitačná práca nezávisí od tvaru trajektórie. Dokazujeme to priamym výpočtom.
Nechajte nabíjať pohybovať sa pozdĺž krivky ( obr. 14.27). Túto krivku rozdelíme na malé posuny. Sila pôsobiaca na náboj zostáva konštantná (pole je rovnomerné) a uhol medzi smerom sily a pohybu sa zmení. Práca pri malom premiestnení je rovnaká. Je zrejmé, že projekcia malého posunu v horizontálnom smere. Zhrnutím práce na malých presídleniach dostaneme 
.
Pri porovnaní výsledného výrazu (14.12) so všeobecnou definíciou potenciálnej energie (14.13) vidíme, že potenciálna energia náboja v jednotnom elektrostatickom poli je:
(Veríme, že v tejto chvíli 2
potenciálna energia je nula.)
Vzorec (14.14) je podobný vzorcu 
pre potenciálnu energiu tela. Ale nabíjajte q na rozdiel od masy môže byť pozitívny aj negatívny.
Ak pole vykonáva pozitívnu prácu, potom potenciálna energia nabitého tela v poli klesá: 
, Zároveň podľa zákona o zachovaní energie rastie jej kinetická energia. A naopak, ak je práca negatívna (napríklad keď sa kladne nabitá častica pohybuje v smere opačnom k \u200b\u200bsmeru vektora sily poľa; tento pohyb je podobný pohybu vyhodeného kameňa), potom 
, Zvyšuje sa potenciálna energia a znižuje sa kinetická energia; častice sa spomaľujú.
Na uzavretej ceste, keď sa náboj vráti do počiatočného bodu, je práca v poli nula:
Nabité častice v elektrostatickom poli majú potenciálnu energiu. Keď sa častica presunie z jedného bodu do druhého, elektrické pole vykoná úlohu, ktorá nezávisí od tvaru trajektórie. Táto práca sa rovná zmene potenciálnej energie prijatej so znakom „-“.
???
1. Ako súvisí zmena potenciálnej energie nabitej častice s prácou v elektrickom poli?
2. Aká je potenciálna energia nabitej častice v jednotnom elektrickom poli?
G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev, N. N. Sotsky, Physics, stupeň 10
Obsah lekcie zhrnutie lekcie podpora rámcovej lekcie metódy prezentácie zrýchlenie interaktívne technológie praxe úlohy a cvičenia samokontrolné semináre, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusné otázky rétorické otázky od študentov ilustrácií audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafy, tabuľky, humor, vtipy, vtipy, komiksové podobenstvá, príslovia, krížovky, citácie doplnky stravy abstrakty články čipy pre kuriózne cheatové hárky učebnice základné a doplnkový glosár pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a lekcií oprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu inovačných prvkov učebnice v lekcii nahradením zastaraných znalostí novými Iba pre učiteľov perfektné lekcie ročný harmonogram metodických odporúčaní diskusného programu Integrované hodinyAk máte opravy alebo návrhy pre túto lekciu,
Účtované telá sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú. Pri pohybe nabitých telies, ako napríklad listy elektroskope, pôsobia sily medzi nimi. Z mechaniky je známe, že systém schopný dokončiť prácu prostredníctvom interakcie tela s priateľom má potenciálnu energiu. Preto má systém nabitých telies tzv. Potenciálnu energiu elektrostatickýalebo elektrina.
Koncept potenciálnej energie je v elektrostatike komplexný. Pamätajte, aké ťažké bolo predstaviť si, aká je potenciálna energia v mechanike. Sila cítime priamo, ale neexistuje žiadna potenciálna energia. V piatom poschodí domu je viac potenciálnej energie ako v prvom. V žiadnom prípade to však nevnímame.
Rozdiel je zrejmý, ak si pamätáte, že keď ste vyšplhali, museli ste pracovať, a tiež, ak si dokážete predstaviť, čo by sa stalo pri páde z 5. poschodia.
Energia interakcie elektrónov s jadrom v atóme a energia interakcie atómov so sebou navzájom v molekulách (chemická energia) je v podstate elektrická energia. Vo vnútri atómového jadra je uložená veľká elektrická energia. V dôsledku tejto energie sa teplo uvoľňuje počas prevádzky jadrového reaktora jadrovej elektrárne.
Z hľadiska teórie pôsobenia na krátke vzdialenosti, elektrické pole vytvorené iným nábojom priamo ovplyvňuje náboj. Keď sa náboj pohybuje, sila pôsobiaca na neho zo strany poľa funguje. (V nasledujúcom texte budeme pre stručnosť jednoducho hovoriť o práci poľa.) Preto možno tvrdiť, že nabité telo v elektrickom poli má energiu. Nájdite potenciálnu nábojovú energiu v jednotnom elektrickom poli.
Pracujte pri pohybe náboja v rovnomernom elektrostatickom poli.Rovnomerné pole je napríklad tvorené veľkými kovovými doskami, ktoré majú náboje opačného znamienka. Toto pole pôsobí na náboj s konštantnou silou. ,
rovnako ako zem pôsobí konštantnou silou F \u003d mgna kameni blízko jeho povrchu. Platne nechajte usporiadané zvislo (obr. 1), ľavú dosku negatívne nabité a právo D- pozitívne. Pri pohybe kladného náboja počítame prácu vykonanú v teréne qz bodu 1 na diaľku d 1z platne in,k veci 2,
umiestnené na diaľku d 2
Na ceste Δd \u003d d1 -d2elektrické pole odvedie pozitívnu prácu:
Táto práca nezávisí od tvaru trajektórie, rovnako ako gravitačná práca nezávisí od tvaru trajektórie. Dokazujeme to priamym výpočtom.
Prácu vypočítame, keď sa náboj pohybuje pozdĺž ľubovoľnej krivky spájajúcej body 1 a 2 . Pohyb po hladkej krivke môže byť nahradený pohybom po línii schodov s ľubovoľne malými krokmi (obr. 2). Pri pohybe po schodoch kolmých na silu poľa E,práca nie je vykonaná. Na schodoch paralelne E,práca sa vykonáva (f. 1), pretože súčet dĺžok horizontálnych segmentov je Δd \u003d d1 -d2.
Potenciálna energia.Ak práca nezávisí od tvaru trajektórie, potom sa rovná zmene potenciálnej energie prijatej opačným znamienkom:
To sa podrobne diskutovalo v priebehu fyziky triedy IX.
Porovnaním výsledného výrazu (f. 1) so všeobecnou definíciou potenciálnej energie (f. 2) to vidíme potenciálna nábojová energia v rovnomernom elektrostatickom polisa rovná:
Vzorec (f.3) je podobný vzorcu W p \u003d mghpre potenciálnu energiu tela nad povrchom zeme. Ale nabíjajte qna rozdiel od masy môže byť pozitívny aj negatívny.
Ak pole vykonáva pozitívnu prácu, potom potenciálna energia nabitého telesa v poli klesá: ∆W s<0. Одновременно согласно закону сохранения энергии растет его кинетическая энергия. На этом основано ускорение электронов электрическим полем в электронных лампах, телевизионных трубках и т. д. И наоборот, если работа отрицательна (например, при движении положительно заряженной частицы в направлении, противоположном направлению напряженности поля ; tento pohyb je podobný pohybu vyhodeného kameňa), potom ∆W p\u003e 0. Zvyšuje sa potenciálna energia a znižuje sa kinetická energia; častice sa spomaľujú.
Na uzavretej ceste, keď sa náboj vráti do počiatočného bodu, je práca v poli nula:
Nulová úroveň potenciálnej energie.Potenciálna energia (pozri vzorec (3)) je na povrchu platne nulová , To znamená, že nulová úroveň potenciálnej energie sa zhoduje s doskou. V.Ale ako v prípade gravitačných síl, nulová úroveň potenciálnej energie je zvolená ľubovoľne. Môžeme to predpokladať W p \u003d 0v diaľke d 2z platne in,potom
Fyzický význam nie je samotná potenciálna energia, ale rozdiel v jej hodnotách, ktorý je určený prácou v poli, keď sa náboj pohybuje z počiatočnej polohy do konečnej.
Nabité častice v elektrostatickom poli majú potenciálnu energiu. Keď sa častica presunie z jedného bodu do druhého, elektrické pole vykoná úlohu, ktorá nezávisí od tvaru trajektórie. Táto práca sa rovná zmene potenciálnej energie prijatej so znamienkom mínus.
Pripomeňme si z priebehu mechaniky definíciu potenciálnej energie v gravitačnom poli.
Aké sily pôsobia na bodový náboj v elektrostatickom poli?
Ktoré pole sa nazýva homogénne?
Účtované telá sa navzájom priťahujú alebo odpudzujú. Pri pohybe nabitých telies, ako sú listy elektroskopu, pôsobia sily, ktoré na ne pôsobia. Z mechaniky je známe, že systém schopný vykonávať prácu v dôsledku interakcie telies medzi sebou má potenciálnu energiu. Preto má systém nabitých telies tzv. Potenciálnu energiu elektrostatický alebo elektrický.
Energia interakcie elektrónov s jadrom v atóme a energia interakcie atómov so sebou navzájom v molekulách (chemická energia) je v podstate elektrická energia.
Z hľadiska teórie pôsobenia na krátke vzdialenosti, elektrické pole vytvorené iným nábojom priamo ovplyvňuje náboj. Keď sa náboj pohybuje, sila pôsobiaca na neho zo strany poľa funguje. (V nasledujúcom texte budeme pre stručnosť jednoducho hovoriť o práci poľa.) Preto možno tvrdiť, že nabité telo v elektrickom poli má energiu. Nájdeme potenciálnu energiu náboja v jednotnom elektrickom poli.
Pracujte pri pohybe náboja v rovnomernom elektrostatickom poli. Rovnomerné pole je napríklad tvorené veľkými rovnobežnými kovovými doskami, ktoré majú náboje opačného znamenia. Toto pole pôsobí na náboj q s konštantnou silou \u003d q, rovnako ako Zem pôsobí s konštantnou silou \u003d m na kameň blízko svojho povrchu.
Dosky sú usporiadané zvisle (obr. 14.31), ľavá doska B je nabitá záporne a pravá je kladná. Prácu vykonanú v poli vypočítame pri pohybe kladného náboja q z bodu 1, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti dl od ľavej platne, do bodu 2, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti d2 od neho. Body 1 a 2 ležia na rovnakom vedení. Elektrické pole pri pohybe náboja odvedie pozitívnu prácu:
A \u003d qE (dl - d2) \u003d qEAD. (14.12)
Dokážme to priamym výpočtom.
Nechajte náboj pohybovať sa pozdĺž krivky (Obr. 14.32). Túto krivku rozdelíme na malé posuny. Sila pôsobiaca na náboj zostáva konštantná (pole je rovnomerné) a uhol a medzi smerom sily a smerom pohybu sa zmení. Práca na malom posunutí Δ sa rovná ΔА \u003d qElAlcosa. Je zrejmé, že | Δ | cosa \u003d Δd je projekcia malého posunu v horizontálnom smere. Zhrnutím práce na malých posunoch dostaneme A \u003d qEd.
Použitím podobného zdôvodnenia môžeme odvodiť vzorec pre Coulombovu silu, ktorá pracuje, keď sa náboj q 0 pohybuje z bodu 1 do bodu 2 v nehomogénnom poli náboja q s pevným bodom. V tomto prípade treba vziať do úvahy, že sila závisí od vzdialenosti q k bodovému náboju. Aby Coulombova sila pôsobila v oblasti bodového náboja q, výraz
Vidíme, že práca závisí iba od polohy počiatočného (r 1) a konečného (r 2) bodu trajektórie a nezávisí od tvaru trajektórie.
Elektrostatická sila pôsobiaca na náboje je, podobne ako gravitácia, gravitácia a elasticita, konzervatívnou silou.
Potenciálna energia. Pretože práca elektrostatickej sily nezávisí od tvaru trajektórie bodu jej aplikácie, sila je konzervatívna a jej práca podľa vzorca (5.22) sa rovná zmene potenciálnej energie prijatej opačným znamienkom:
A \u003d - (Wp2 - Wpl) \u003d -AW p. (14,13)
Pri porovnaní výsledného výrazu (14.12) so všeobecnou definíciou potenciálnej energie (14.13) vidíme, že ΔW p \u003d Wp2 - Wpl \u003d -qEd. Veríme, že v bode 2 je potenciálna energia nulová. potom
Teraz dostaneme vzorec pre potenciálnu energiu náboja umiestneného v oblasti bodového náboja. Zmena potenciálnej energie náboja q0 pri pohybe z bodu 1 do bodu 2 v nehomogénnom poli náboja s pevným bodom q sa rovná práci konzervatívnej sily prijatej opačným znamienkom:
Ak predpokladáme, že potenciálna energia je nula v nekonečne vzdialenom bode (ako r2 → ∞ W n2 - 0), potom potenciálna energia náboja q 0 v určitom bode sa nachádza vo vzdialenosti r od bodového náboja q, ktorý vytvára pole: 
Potenciálna energia je priamo úmerná náboju q 0 zavedenému do poľa.
Všimnite si, že vzorec (14.14) je podobný vzorcu W p \u003d mgh pre potenciálnu energiu tela. Avšak náboj q, na rozdiel od hmoty, môže byť pozitívny aj negatívny.
Ak pole vykonáva pozitívnu prácu, potom sa potenciálna energia nabitého tela, keď sa voľne pohybuje v poli do bodu 2, znižuje: ΔW p< 0. Одновременно согласно закону сохранения энергии растёт его кинетическая энергия. И наоборот, если работа отрицательна (например, при свободном движении положительно заряженной частицы в направлении, противоположном направлению вектора напряжённости поля Е; это движение подобно движению камня, брошенного вверх), то ΔW п > 0. Zvyšuje sa potenciálna energia a znižuje sa kinetická energia; častice sa spomaľujú.
Toto je vlastnosť polí konzervatívnych síl.
Otázky k odseku
1. Ako súvisí zmena potenciálnej energie nabitej častice s prácou v elektrickom poli?
2. Aká je potenciálna energia nabitej častice v jednotnom elektrickom poli?