Energia potentzial elektrikoari buruzko artikulua
Gai hau aztertu aurretik, lehenik ulertu lana, indar kontserbadoreak, indar kontserbadoreen eta energia potentzialaren arteko erlazioa , indar elektrikoak eta eremu elektrikoa.
Indar elektrikoa indar kontserbadorea da
Indar grabitatorioaz eta malguki-indarraz gain, indar kontserbadorearen beste adibide bat indar elektrikoa da. Indar elektrikoari zergatik deitzen zaion indar kontserbadore hobeto ulertzeko, ulertu ondorengo azalpena.
Demagun irudian agertzen den bezala bi plaka elektrikoki kargatuta daudela, ezkerreko plaka positiboki kargatuta dago eta eskuinekoa negatiboki. Bi plaken arteko gezia karga positibotik karga negatiborantz ateratzen diren eremu elektrikoaren lerroak dira. Karga positiboa plaka elektrikoki kargatu positibo baten ondoan dago.
Eremu elektrikoaren presentziak karga positiboak eremu elektrikoaren norabidean indar elektrikoa jasaten du, eta horrela karga positiboa eskuinera azeleratzen da negatiboki kargatutako plakaren aldera. Indar elektrikoaren norabidea eskuinera doa, kargaren mugimenduaren norabidean, indar elektrikoak kargaren gainean lan positiboa egin dezan. Matematikoki, indar elektrikoak karga positiboan egindako lana W = F d = q E d da, non W = lana, F = indar elektrikoa, d = bi plaken arteko distantzia, q = karga positiboa, E = eremu elektrikoa.
Karga negatiboki kargatutako plakaren ondora iritsi ondoren, karga positiboa bere jatorrizko posiziora itzuli nahi bada, karga negatiboki kargatutako plakaren ondoan, kanpoko indar bat behar da. Karga positiboa ezkerrera mugitzen denean, karga positiboa duen plakaren aldera, indar elektrikoa eskuinera zuzentzen jarraitzen du, eta, beraz, indar elektrikoak lan negatiboa egiten du kargaren gainean. Matematikoki, indar elektrikoak karga positiboan egindako lana W = – F d = – q E d da.
Karga positiboan indar elektrikoak egindako lan osoa, karga eskuinera mugitzen denean eta gero berriro ezkerrera mugitzen denean bere jatorrizko posiziora, W = q E d – q E d = 0 da. Objektuan indarrak egiten duen lan garbia objektua bere jatorrizko posiziotik aldentzen denean eta gero bere jatorrizko posiziora itzultzen denean, zero den berdina, orduan indarra indar kontserbadorea da. Goiko azalpenean oinarrituta, indar elektrikoa indar kontserbadorea dela ondoriozta daiteke.
Indar elektrikoa eta energia potentzial elektrikoa
Indar kontserbadoreek egindako lana energia potentzialaren aldaketekin erlazionatuta dago. Adibidez, grabitazio-indarrak masa-objektu batean egindako lanak masa-objektuaren energia potentzial grabitatorioa aldatzen du. Era berean, karga elektriko batean indar elektrikoak egindako lanak kargaren energia potentzial elektrikoa aldatzen du.
Karga positiboa eremu elektriko homogeneoan
Beheko bi irudiek energia potentzialean aldaketak eragiten dituzten indar kontserbadoreek egindako lanaren adibideak erakusten dituzte. Grabitatearen indarrak egindako lanaren eta energia potentzial grabitatorioan izandako aldaketen azalpena erabiltzen da konparazio gisa.
indar elektrikoak egindako lana eta energia potentzial elektrikoaren aldaketak ulertzea errazteko.
Ezkerreko irudiak lur gainazalera libreki erortzen den objektu bat erakusten du. Goialdean daudenean, objektuek energia potentzial grabitatorio maximoa dute. Behera mugitzen direnean, grabitazio-indarrak objektuaren gainean eragiten du. Grabitazio-indarraren norabidea behera dagoen objektuaren mugimendu-norabide bera da, beraz, grabitazio-indarrak lan positiboa egiten du. Behera azeleratzen denean, objektuaren altuera gutxitzen da, eta ondorioz, objektuaren energia potentzial grabitatorioa gutxitzen da. Lurrera iristean, energia potentzial grabitatorioa minimoa da. Ondoriozta daiteke grabitazio-indarrak objektuaren gainean egindako lan positiboak objektuaren energia potentzial grabitatorioa murrizten duela. Energia potentzial grabitatorioa ez da galtzen, energia zinetiko bihurtzen da, eta hori adierazten du objektuaren abiadura handitzeak behera mugitzen denean.
Eskuineko irudiak karga positiboa erakusten du positiboki kargatutako plakaren ondoan. Positiboki kargatutako plaka baten ondoan dagoenean, energia potentzial elektrikoak balio maximoa du. Bi plaken artean eremu elektriko bat egoteak karga positiboki kargatutako plakatik negatiboki kargatutako plakara indar elektrikoak azeleratzen du. Karga eskuinera mugitzen denean, indar elektrikoa ere karga eskuinera desplazatzeko norabidean doa, beraz, indar elektrikoak lan positiboa egiten du. Eskuinera mugitzean, kargaren energia zinetikoa handitzen da, energia potentzial elektrikoa gutxitzen den bitartean.
Karga negatiboa duen plakaren ondora iristean, energia elektriko potentzialak balio minimoa du. Ondoriozta daiteke indar elektrikoak kargaren gainean egindako lan positiboak kargaren energia potentzial elektrikoa murrizten duela. Alderantziz, karga positiboa bere jatorrizko posiziora itzultzen bada, kargaren norabidea ezkerrera aldatzen da, indar elektrikoaren eskuinerako norabidearen aurkakoa. Kontrako norabideagatik, indar elektrikoak lan negatiboa egiten du karga positiboan. Ezkerrera mugitzean, energia potentzial elektrikoa handitzen da. Beraz, ondoriozta daiteke indar elektrikoak kargaren gainean egindako lan negatiboak kargaren energia potentzial elektrikoa handitzen duela.
Karga negatiboa eremu elektriko homogeneoan
Karga positiboa ez bezala, karga negatiboak energia potentzial elektriko maximoa du karga negatiboa duen plakaren ondoan dagoenean, eta energia potentzial elektriko minimoa karga positiboa duen plakaren ondoan dagoenean. Jakina, karga elektrikoa potentzial handitik potentzial txikira mugitzen da, beraz, karga negatiboa ere karga negatiboa duen plakatik karga positiboa duen plakara mugitzen da. Karga negatiboaren desplazamendu-norabidea ezkerrera da, eta indar elektrikoarena, berriz, eskuinera, indar elektrikoak lan negatiboa egiten du. Ezkerrera mugitzean, karga negatiboaren energia potentzial elektrikoa gutxitzen da eta balio minimoa du karga negatiboa karga positiboa duen plakaren ondoan iristen denean. Ondorioztatu daiteke indar elektrikoak egindako lan negatiboak karga negatiboaren energia potentzial elektrikoa murrizten duela. Energia potentzial elektrikoa ez da galtzen, energia zinetiko bihurtzen da, eta hori kargaren abiadura handitzeak ezaugarritzen du karga positiboa duen plakaren aldera mugitzean.
Energia potentzial elektrikoa eremu elektriko homogeneoan
Karga baten energia potentzial elektrikoa posizio jakin batean dagoenean, ezin da jakin bere balioa. Baina karga leku batetik bestera mugitzen bada, kargaren energia potentzial elektrikoaren aldaketa kalkula daiteke. Beraz, esanguratsua energia potentzialaren aldaketa da. Energia potentzial elektrikoaren (ΔEP) aldaketak jakin daitezke karga positiboa potentzial handiko (plaka positiboki kargatua) potentzial baxuko (plaka negatiboki kargatua) batera mugitzen denean.
Alderatzeko, mangoa zurtoinean dagoenean, energia potentzial grabitatorioa du, baina ezin da bere balioa jakin. Mango fruitua lurrera azeleratzen bada indar grabitatorioaren bidez, mangoaren energia potentzial grabitatorioaren aldaketa W = ΔEP = mgh formula erabiliz kalkula daiteke.
non m = masa, g = grabitazio-azelerazioa, h = mangoaren eta lurzoruaren arteko distantzia.
Era berean, karga baten energia potentzial elektrikoaren aldaketak ezagutu daitezke indar elektrikoak karga puntu batetik bestera azeleratzen duenean. Aurretik azaldu bezala, karga positiboa positiboki kargatutako plakatik negatiboki kargatutako plakara mugitzen bada,
Energia potentzial elektrikoaren aldaketa W = ΔEP = qEd formula erabiliz kalkulatzen da, non q = karga elektrikoa, E = eremu elektrikoa eta d = leku baten eta beste baten arteko distantzia. Era berean, karga negatiboa karga negatiboa duen plakatik karga positiboa duen plakara mugitzen bada, karga negatiboaren energia potentzial elektrikoaren igoera W = ΔEP = qEd formula erabiliz kalkulatzen da.
Bi karga puntualen energia potentzial elektrikoa
Energia potentzial elektrikoaren aldaketak ez ditu kargak bakarrik jasaten eremu elektriko homogeneo batean, baita karga elektriko bakarrak sortutako eremu elektrikoak ere. Demagun Q karga bakarra dagoela eremu elektriko bat sortzen duena eta q karga batek r distantzia duela Q kargatik.
Q = eremu elektrikoa eragiten duen karga elektrikoa
q = Q kargak sortutako eremu elektrikoan desplazatzen den karga elektrikoa
d = r = q kargaren eta Q kargaren arteko distantzia.
Bi kargek zeinu bera badute, + edo -, orduan bi kargek elkar uxatzen dute edo elkarrengandik urruntzen dira, eta horrela energia potentzialaren aldaketak positiboak dira (energia potentzial elektrikoa handitzen da). Lurretik gora mugitzen den masa-objektu baten antzekoa da, eta horrela bere altuera eta energia potentzial grabitatorioa handitzen dira. Alderantziz, bi kargen zeinua ez bada berdina, bi kargek elkar tiratzen dute edo elkarri hurbiltzen zaizkio, eta horrela energia potentzialaren aldaketa negatiboa da (energia potentzial elektrikoa murrizten da). Lurraren gainazalera beherantz mugitzen den masa-objektu baten antzekoa da, eta horrela bere altuera eta energia potentzial grabitatorioa murrizten dira.
Indar elektrikoa indar kontserbadorea da, beraz, karga-bidearen formak ez du eraginik energia potentzial elektrikoaren aldaketetan. Energia potentzial elektrikoaren aldaketen balioan eragina duena kargaren hasierako posizioa eta azken posizioa da.
Hurrengo gaian potentzial elektrikoa aztertuko da, energia potentzial elektrikoarekin oso lotuta dauden magnitude fisikoak.
