Antaŭ ol studi ĉi tiun temon, unue komprenu la materialon pri fiziko , konservativaj fortoj , elektra ŝargo , leĝo de Kulombo kaj elektraj kampoj.
Elektra forto estas konservativa forto
Krom gravita forto kaj risortforto, alia ekzemplo de konservativa forto estas la elektra forto. Por pli bone kompreni kial la elektra forto nomiĝas konservativa forto, legu la jenan klarigon.
Supozu, ke estas du elektre ŝargitaj platoj kiel montrite en la bildo, la maldekstra plato estas pozitive ŝargita kaj la dekstra plato estas negative ŝargita.n negativa. La sago inter ambaŭ platoj estas elektraj kampolinioj yang el pozitiva ŝargo al negativa ŝargo. Pozitiva ŝargo estas proksime al pozitive ŝargita plato.
La ĉeesto de elektra kampo kaŭzas, ke pozitiva ŝargo spertas elektran forton en la sama direkto kiel la elektra kampo, tiel ke la pozitiva ŝargo akceliĝas dekstren direkte al la negative ŝargita plato. La direkto de la elektra forto estas dekstren, en la sama direkto kiel la direkto de moviĝo de la ŝargo, tiel ke la elektra forto faras pozitivan laboron sur la ŝargo. Matematike, la laboro farita de la elektra forto sur pozitiva ŝargo estas W = F s = q E s, kie W = laboro, F = elektra forto, s = distanco inter la du platoj, q = pozitiva ŝargo, E = elektra kampo.
Post alveno proksime al la negative ŝargita plato, se pozitiva ŝargo volirevenokan al ĝia originala pozicio proksime pozitive ŝargita plato tiam via stilo estas bezonataestas Kiam la ŝargo estas pozitiva moviĝis maldekstren direkte al la pozitive ŝargita plato, la elektra forto restas direktita dekstren tiel ke la elektra forto faras negativan laboron sur la ŝargo. Matematike, la laboro farita de la elektra forto sur pozitiva ŝargo estas W = – F s = – q E s.
La tuta laboro farita de elektra forto sur pozitiva ŝargo, kiam la ŝargo moviĝas dekstren kaj poste moviĝas denove maldekstren al sia originala pozicio, estas W = q E s – q E s = 0. Se la tuta laboro farita de forto sur objekto, kiam la objekto moviĝas for de sia originala pozicio kaj poste revenas al sia originala pozicio, egalas al nulo, tiam la forto estas konservativa forto. Surbaze de la supra klarigo, oni povas konkludi, ke elektra forto estas konservativa forto.
Elektra forto kaj elektra potenciala energio
La laboro farita de konservativa forto rilatas al la ŝanĝo en potenciala energio. Ekzemple, la laboro farita de la gravita forto sur maso ŝanĝas la gravitan potencialan energion de la maso. Simile, la laboro farita de elektra forto sur elektra ŝargo ŝanĝas la elektran potencialan energion de la ŝargo.
Pozitiva ŝargo en homogena elektra kampo
La du figuroj sube ilustras ekzemplojn de laboro farita de konservativa forto, kiu kaŭzas ŝanĝon en potenciala energio. La klarigoj pri la laboro farita de la gravita forto kaj la ŝanĝo en gravita potenciala energio estas uzataj kiel komparo por faciligi komprenon pri la laboro farita de la elektra forto kaj la ŝanĝo en elektra potenciala energio.
La bildo maldekstre montras objekton falantan. bebas direkte al la grundsurfaco. Kiam objekto estas en alto, ĝi havas maksimuman gravitan potencialan energion. Kiam objekto moviĝas malsupren, la forto de gravito agas sur ĝin. La direkto de la gravita forto estas la sama kiel la direkto de la delokiĝo de la objekto, nome malsupren, do la gravita forto faras pozitivan laboron. Kiam objekto akcelas malsupren, ĝia alto malpliiĝas, tiel malpliigante ĝian gravitan potencialan energion. Kiam ĝi estas tuj atingonta la grundon, la gravita potenciala energio estas je sia minimuma valoro. Oni povas konkludi, ke la pozitiva laboro farita de la gravita forto sur objekto reduktas la gravitan potencialan energion de la objekto. Gravita potenciala energio ne perdiĝas sed konvertiĝas en kinetan energion, kion indikas la kreskanta rapido de la objekto dum moviĝado malsupren.
La bildo dekstre montras pozitivan ŝargon.f estas proksime al pozitive ŝargita plato. Kiam proksime al pozitive ŝargita plato, la elektra potenciala energio de la ŝargo estas je sia maksimumo. La ĉeesto de elektra kampo inter la du platoj kaŭzas, ke la ŝargo estas akcelita de la elektra forto de pozitive ŝargita plato al negative ŝargita plato. Kiam la ŝarĝo moviĝas dekstren, elektra forto ankaŭ en la sama direkto kiel la ŝarga delokiĝo estas dekstren, tiel ke la elektra forto faras pozitivan laboron. Dum movado dekstren, la kineta energio de la ŝargo pliiĝas dum la elektra potenciala energio malpliiĝas. Kiam ĝi alvenas proksime al la negative ŝargita plato, la elektra potenciala energio de la ŝargo estas je sia minimuma valoro. Oni povas konkludi, ke la pozitiva laboro farita de la elektra forto sur kargo, reduktante la elektran potencialan energion de la ŝargo. Smale, se pozitiva ŝargo estas movita reen al sia originala pozicio tiam la direkto de ŝargotransdono estas maldekstren, kontraŭa al la direkto elektra forto dekstrennĈar la elektra forto estas en la kontraŭa direkto, ĝi faras negativan laboron sur la pozitiva ŝargo. Dum ĝi moviĝas maldekstren, la elektra potenciala energio pliiĝas. Tial, oni povas konkludi, ke la negativa laboro farita de la elektra forto sur la ŝargo pliigas la elektran potencialan energion de la ŝargo.
Negativa ŝargo en homogena elektra kampo
Male al pozitivaj ŝargoj, negativaj ŝargoj havas maksimuman elektran potencialan energion kiam ili estas proksime al negative ŝargita plato kaj minimuman elektran potencialan energion kiam ili estas proksime al pozitive ŝargita plato. Nature, elektraj ŝargoj nature moviĝas de alta potencialo al malalta potencialo, do negativaj ŝargoj ankaŭ moviĝas de negative ŝargita plato al pozitive ŝargita plato. La direkto de la movado de la negativa ŝargo estas maldekstren, dum la direkto de la elektra forto estas dekstren, do la elektra forto faras negativan laboron. Kiam oni moviĝas maldekstren, la elektra potenciala energio de la negativa ŝargo malpliiĝas kaj havas minimuman valoron kiam la negativa ŝargo alvenas proksime al la pozitive ŝargita plato. Oni povas konkludi, ke la negativa laboro farita de la elektra forto reduktas la elektran potencialan energion de la negativa ŝargo. La elektra potenciala energio ne perdiĝas, sed konvertiĝas en kinetan energion, kion indikas la kreskanta rapido de la ŝargo kiam ĝi moviĝas al la pozitive ŝargita plato.
Elektra potenciala energio en homogena elektra kampo
La elektra potenciala energio de ŝargo kiam ĝi estas en specifa pozicio estas nekonata. Tamen, se la ŝargo moviĝas de unu loko al alia, la ŝanĝo en ĝia elektra potenciala energio povas esti determinita. Tial, gravas la ŝanĝo en potenciala energio (ΔEP).
Por komparo, kiam mango estas sur sia tigo, ĝi havas gravitan potencialan energion sed ĝia valoro ne povas esti konata. Se la mango estas akcelata al la grundo per la forto de gravito, la redukto de la gravita potenciala energio de la mango povas esti determinita per kalkuloj uzante la formulon W = Δ EP = mgh, kie m = maso, g = gravita akcelo, h estas la distanco inter la mangotigo kaj la grundsurfaco.
Simile, la ŝanĝo en la elektra potenciala energio de ŝargo povas esti konata kiam la ŝargo estas akcelata de elektra forto de unu punkto al alia. Kiel antaŭe klarigite, se pozitiva ŝargo moviĝas de pozitive ŝargita plato al negative ŝargita plato, la malpliiĝo de la elektra potenciala energio de la ŝargo estas kalkulata per la formulo W = ΔEP = qEs, kie q = elektra ŝargo, E = elektra kampo kaj s estas la distanco inter la du platoj aŭ la distanco inter unu loko kaj alia. Simile, se negativa ŝargo moviĝas de negative ŝargita plato al pozitive ŝargita plato, la pliiĝo de la elektra potenciala energio de la negativa ŝargo estas kalkulata per la formulo W = ΔEP = qEs.
Elektra potenciala energio de du punktaj ŝargoj
Ŝanĝojn en elektra potenciala energio spertas ne nur ŝargoj en homogena elektra kampo, sed ankaŭ en la elektra kampo produktita de ununura elektra ŝargo. Supozu, ke ekzistas ununura ŝargo Q, kiu produktas elektran kampon, kaj la ŝargo q estas je distanco r de la ŝargo Q.
Informoj: k (konstanto de Kulombo) = 9 x 109 Nm2/C2, Q = elektra ŝargo kiu kreas elektran kampon, q = elektra ŝargo kiu spertas delokiĝon en la elektra kampo generita de ŝargo Q, s = r = distanco de ŝargo q de ŝargo Q.
Se ambaŭ ŝargoj havas la saman signon, + aŭ –, tiam la du ŝargoj forpuŝas unu la alian aŭ moviĝas unu de la alia tiel ke la ŝanĝo en potenciala energio estas pozitiva (elektra potenciala energio pliiĝas). Tio similas al masa objekto moviĝanta supren for de la tero tiel ke ĝia alto kaj gravita potenciala energio pliiĝas. Male, se la du ŝargoj havas malsamajn signojn, la du ŝargoj altiras unu la alian aŭ moviĝas pli proksimen unu al la alia tiel ke la ŝanĝo en potenciala energio estas negativa (elektra potenciala energio malpliiĝas). Tio similas al masa objekto moviĝanta malsupren direkte al la tero tiel ke ĝia alto kaj gravita potenciala energio malpliiĝas.
La elektra forto estas konservativa forto, do la formo de la vojo de la ŝargo ne havas efikon sur la ŝanĝon en elektra potenciala energio. Kio ja influas la ŝanĝon en elektra potenciala energio estas la komenca kaj fina pozicioj de la ŝargo.
En la sekva temo, ni revizios elektran potencialon , fizikan kvanton proksime rilatan al elektra potenciala energio.
