Erthygl am yr Ynni Potensial Trydanol
Cyn astudio'r pwnc hwn, yn gyntaf deallwch waith, y grymoedd ceidwadol, y berthynas rhwng y grymoedd ceidwadol ag egni potensial , y grymoedd trydanol a'r maes trydanol.
Grym trydanol yw'r grym ceidwadol
Yn ogystal â'r grym disgyrchiant a'r grym gwanwyn, enghraifft arall o'r grym cadwol yw'r grym trydanol. Er mwyn deall yn well pam y gelwir y grym trydanol yn rym cadwol, deallwch yr esboniad canlynol.
Tybiwch fod dau blât â gwefr drydanol fel y dangosir yn y ffigur, mae'r plât chwith â gwefr bositif, a'r plât dde â gwefr negatif. Y saeth rhwng y ddau blât yw'r llinellau maes trydanol sy'n dod allan o'r gwefr bositif tuag at y gwefr negatif. Mae gwefr bositif yn agos at blât â gwefr drydanol bositif.
Mae presenoldeb y maes trydanol yn achosi i'r gwefr bositif brofi'r grym trydanol i gyfeiriad y maes trydanol fel bod y gwefr bositif yn cael ei chyflymu i'r dde tuag at y plât â gwefr negyddol. Cyfeiriad y grym trydanol i'r dde, i gyfeiriad symudiad y gwefr, fel bod y grym trydanol yn gwneud gwaith positif ar y gwefr. Yn fathemategol, y gwaith a wneir gan y grym trydanol ar y gwefr bositif yw W = F d = q E d, lle mae W = gwaith, F = y grym trydanol, d = pellter rhwng y ddau blât, q = gwefr bositif, E = maes trydanol.
Ar ôl cyrraedd yn agos at y plât â gwefr negatif, os yw'r gwefr bositif i gael ei dychwelyd i'w safle gwreiddiol ger y plât â gwefr negatif, mae angen grym allanol. Pan symudir y gwefr bositif i'r chwith tuag at y plât â gwefr negatif, mae'r grym trydanol yn parhau i gael ei gyfeirio i'r dde fel bod y grym trydanol yn gwneud gwaith negatif ar y gwefr. Yn fathemategol, y gwaith a wneir gan y grym trydanol ar y gwefr bositif yw W = – F d = – q E d.
Cyfanswm y gwaith a wneir gan y grym trydanol ar y gwefr bositif, pan fydd y gwefr yn symud i'r dde, yna'n symud eto i'r chwith i'w safle gwreiddiol, yw W = q E d – q E d = 0. Os yw'r gwaith net yn cael ei wneud gan y grym ar y gwrthrych, pan fydd y gwrthrych yn symud i ffwrdd o'i safle gwreiddiol ac yna'n dychwelyd i'w safle gwreiddiol, yn hafal i sero, yna mae'r grym yn rym cadwrol. Yn seiliedig ar yr esboniad uchod, gellir dod i'r casgliad bod y grym trydanol yn rym cadwrol.
Grym trydanol ac egni potensial trydanol
Mae gwaith a wneir gan y grymoedd ceidwadol yn gysylltiedig â newidiadau yn yr egni potensial. Er enghraifft, mae'r gwaith a wneir gan y grym disgyrchiant ar wrthrych màs yn newid egni potensial disgyrchiant y gwrthrych màs. Yn yr un modd, mae'r gwaith a wneir gan y grym trydanol mewn gwefr drydanol yn newid egni potensial trydanol y gwefr.
Y gwefr bositif yn y maes trydan homogenaidd
Mae'r ddwy ddelwedd isod yn dangos enghreifftiau o waith a wneir gan y grymoedd ceidwadol sy'n achosi newidiadau yn yr egni potensial. Defnyddir esboniad o'r gwaith a wneir gan rym disgyrchiant a'r newidiadau yn yr egni potensial disgyrchiant fel cymhariaeth,
i hwyluso dealltwriaeth o'r gwaith a wneir gan y grym trydanol a'r newidiadau yn yr egni potensial trydanol.
Mae'r ddelwedd ar y chwith yn dangos gwrthrych yn cwympo'n rhydd tuag at wyneb y ddaear. Pan fyddant ar y brig, mae gan wrthrychau egni potensial disgyrchiant mwyaf. Wrth symud i lawr, mae'r grym disgyrchiant yn gweithredu ar y gwrthrych. Mae cyfeiriad y grym disgyrchiant yr un fath â chyfeiriad symudiad y gwrthrych sydd i lawr fel bod y grym disgyrchiant yn gwneud gwaith positif. Pan gaiff ei gyflymu i lawr, mae uchder y gwrthrych yn lleihau fel bod egni potensial disgyrchiant y gwrthrych yn lleihau. Wrth gyrraedd y ddaear, mae'r egni potensial disgyrchiant yn isafswm. Gellir dod i'r casgliad bod gwaith positif a wneir gan y grym disgyrchiant ar y gwrthrych yn lleihau egni potensial disgyrchiant y gwrthrych. Nid yw'r egni potensial disgyrchiant yn cael ei golli ond mae'n newid i'r egni cinetig, a nodir gan y cynnydd yng nghyflymder y gwrthrych pan fydd yn symud i lawr.
Mae'r ffigur ar y dde yn dangos y gwefr bositif ger y plât â gwefr bositif. Pan fydd ger plât â gwefr bositif, mae gan yr egni potensial trydanol y gwerth mwyaf. Mae presenoldeb maes trydanol rhwng y ddau blât yn achosi i'r gwefr gael ei chyflymu gan y grym trydanol o'r plât â gwefr bositif i'r plât â gwefr negatif. Pan fydd y gwefr yn symud i'r dde, mae'r grym trydanol hefyd i gyfeiriad dadleoliad y gwefr i'r dde, fel bod y grym trydanol yn gwneud gwaith positif. Wrth symud i'r dde, mae egni cinetig y gwefr yn cynyddu tra bod yr egni potensial trydanol yn lleihau.
Wrth gyrraedd yn agos at y plât â gwefr negatif, mae gan yr egni trydanol potensial y gwerth lleiaf. Gellir dod i'r casgliad bod y gwaith positif a wneir gan y grym trydanol ar y gwefr yn lleihau egni potensial trydanol y gwefr. I'r gwrthwyneb, os caiff y gwefr bositif ei symud yn ôl i'w safle gwreiddiol yna mae cyfeiriad y gwefr yn newid i'r chwith, sy'n groes i gyfeiriad y grym trydanol i'r dde. Oherwydd y cyfeiriad gyferbyn, mae'r grym trydanol yn gwneud gwaith negatif ar y gwefr bositif. Wrth symud i'r chwith, mae egni potensial trydanol yn cynyddu. Felly, gellir dod i'r casgliad bod y gwaith negatif a wneir gan y grym trydanol ar y gwefr yn cynyddu egni potensial trydanol y gwefr.
Gwefr negatif yn y maes trydan homogenaidd
Yn wahanol i'r gwefr bositif, mae gan y gwefr negatif yr egni potensial trydanol mwyaf pan fydd yn agos at y plât â gwefr negatif a'r egni potensial trydanol lleiaf pan fydd yn agos at y plât â gwefr bositif. Yn naturiol, mae'r gwefr drydanol yn symud o botensial uchel i botensial isel, felly mae'r gwefr negatif hefyd yn symud o'r plât â gwefr negatif i'r plât â gwefr bositif. Cyfeiriad dadleoli'r gwefr negatif yw i'r chwith, tra bod cyfeiriad y grym trydanol i'r dde fel bod y grym trydanol yn gwneud gwaith negatif. Wrth symud i'r chwith, mae egni potensial trydanol y gwefr negatif yn lleihau ac mae ganddo werth lleiaf pan fydd y gwefr negatif yn cyrraedd yn agos at y plât â gwefr bositif. Gellir dod i'r casgliad bod y gwaith negatif a wneir gan y grym trydanol yn lleihau egni potensial trydanol y gwefr negatif. Nid yw'r egni potensial trydanol yn cael ei golli ond mae'n newid yn egni cinetig a nodweddir gan gynyddu cyflymder y gwefr wrth symud tuag at y plât â gwefr bositif.
Ynni potensial trydanol yn y maes trydanol homogenaidd
Ni ellir gwybod gwerth ynni potensial trydanol gwefr pan fydd y gwefr mewn safle penodol. Ond os yw'r gwefr yn symud o un lle i'r llall, gellir cyfrifo'r newid yn ynni potensial trydanol y gwefr. Felly, yr hyn sy'n ystyrlon yw'r newid yn yr ynni potensial. Gellir gwybod y newidiadau yn yr ynni potensial trydanol (ΔEP) pan fydd y gwefr bositif yn symud o'r potensial uchel (plât â gwefr bositif) i'r potensial isel (plât â gwefr negyddol).
I gymharu, pan fydd y mango ar ei goesyn, mae gan y mango egni potensial disgyrchiant, ond ni ellir gwybod ei werth. Os caiff ffrwyth y mango ei gyflymu i'r llawr gan rym disgyrchiant, gellir gwybod y newid yn egni potensial disgyrchiant y mango trwy gyfrifo gan ddefnyddio'r fformiwla W = ΔEP = mgh,
lle mae m = màs, g = cyflymiad disgyrchiant, h = y pellter rhwng y mango ac wyneb y ddaear.
Yn yr un modd, gellir gwybod y newidiadau yn egni potensial trydanol gwefr pan fydd y grym trydanol yn cyflymu'r gwefr o un pwynt i'r llall. Fel yr eglurwyd yn flaenorol, os yw'r gwefr bositif yn symud o'r plât â gwefr bositif i'r plât â gwefr negatif,
Cyfrifir y newid yn yr egni potensial trydanol gan ddefnyddio'r fformiwla W = ΔEP = q E d, lle mae q = y gwefr drydanol, E = y maes trydanol a d = y pellter rhwng lle a lle arall. Yn yr un modd, os yw'r gwefr negatif yn symud o'r plât â gwefr negatif i'r plât â gwefr bositif, cyfrifir y cynnydd yn yr egni potensial trydanol o'r gwefr negatif gan ddefnyddio'r fformiwla W = ΔEP = q E d.
Yr egni potensial trydanol o'r ddau wefr bwynt
Nid yn unig y mae'r newidiadau mewn egni potensial trydanol yn cael eu profi gan y gwefr mewn maes trydanol homogenaidd, ond hefyd gan y maes trydanol a gynhyrchir gan y gwefr drydanol sengl. Tybiwch fod gwefr sengl Q sy'n cynhyrchu maes trydanol a bod gan wefr o q bellter o r o'r wefr Q.
Q = gwefr drydanol sy'n achosi maes trydanol
q = gwefr drydanol sy'n cael ei dadleoli yn y maes trydanol a gynhyrchir gan y gwefr Q
d = r = pellter y gwefr q o'r gwefr Q.
Os oes gan y ddau wefr yr un arwydd, + neu -, yna mae'r ddau wefr yn gwrthyrru ei gilydd neu'n cadw draw oddi wrth ei gilydd fel bod y newidiadau mewn egni potensial yn bositif (mae egni potensial trydanol yn cynyddu). Mae hyn fel gwrthrych màs sy'n symud i fyny i ffwrdd o'r ddaear fel bod ei uchder a'r egni potensial disgyrchiant yn cynyddu. I'r gwrthwyneb, os nad yw arwydd y ddau wefr yr un peth, mae'r ddau wefr yn tynnu ei gilydd neu'n agosáu at ei gilydd fel bod y newid mewn egni potensial yn negatif (mae'r egni potensial trydanol yn cael ei leihau). Mae hyn fel gwrthrych màs yn symud i lawr gan agosáu at wyneb y ddaear fel bod ei uchder a'r egni potensial disgyrchiant yn cael eu lleihau.
Mae grym trydanol yn rym cadwrol, felly nid yw siâp llwybr y gwefr yn effeithio ar y newidiadau yn yr egni potensial trydanol. Yr hyn sy'n dylanwadu ar werth y newidiadau yn yr egni potensial trydanol yw safle cychwynnol a safle terfynol y gwefr.
Ar y pwnc nesaf astudir y potensial trydanol, meintiau ffisegol sydd â chysylltiad cryf â'r ynni potensial trydanol.
