Airteagal faoin bhfuinneamh poitéinsiúil leictreach
Sula ndéanann tú staidéar ar an topaic seo, tuig ar dtús an obair, na fórsaí coimeádacha, an gaol idir na fórsaí coimeádacha le fuinneamh poitéinsiúil , na fórsaí leictreacha agus an réimse leictreach.
Is é an fórsa leictreach an fórsa coimeádach
Chomh maith leis an bhfórsa imtharraingthe agus fórsa an earraigh, is sampla eile den fhórsa coimeádach é an fórsa leictreach. Chun tuiscint níos fearr a fháil ar an gcúis a dtugtar an fórsa coimeádach ar an bhfórsa leictreach, tuig an míniú seo a leanas.
Abair go bhfuil dhá phláta luchtaithe go leictreach ann mar a thaispeántar sa fhigiúr, tá an pláta clé luchtaithe go dearfach, agus tá an pláta deas luchtaithe go diúltach. Is iad na línte réimse leictreacha a thagann amach ón lucht dearfach i dtreo an luchta dhiúltaigh an tsaighead idir an dá phláta. Tá lucht dearfach gar do phláta luchtaithe go leictreach dearfach.
Fágann láithreacht an réimse leictrigh go mbíonn fórsa leictreach ag an lucht dearfach i dtreo an réimse leictrigh ionas go luasghéaraítear an lucht dearfach ar dheis i dtreo an phláta atá luchtaithe go diúltach. Treo an fhórsa leictrigh ar dheis, i dtreo ghluaiseacht an mhuirir, ionas go ndéanann an fórsa leictreach obair dhearfach ar an muirear. Go matamaiticiúil, is é an obair a dhéanann an fórsa leictreach ar an muirear dearfach ná W = F d = q E d, áit a bhfuil W = obair, F = an fórsa leictreach, d = an fad idir an dá phláta, q = muirear dearfach, E = réimse leictreach.
Tar éis teacht in aice leis an pláta luchtaithe go diúltach, más mian linn an lucht dearfach a thabhairt ar ais chuig a shuíomh bunaidh in aice leis an pláta luchtaithe go diúltach, bíonn fórsa seachtrach ag teastáil. Nuair a bhogtar an lucht dearfach ar chlé i dtreo an phláta luchtaithe go dearfach, fanann an fórsa leictreach dírithe ar dheis ionas go ndéanann an fórsa leictreach obair dhiúltach ar an muirear. Go matamaiticiúil, is é an obair a dhéanann an fórsa leictreach ar an muirear dearfach ná W = – F d = – q E d.
Is é W = q E d – q E d = 0 an obair iomlán a dhéanann an fórsa leictreach ar an muirear dearfach, nuair a ghluaiseann an muirear ar dheis, agus ansin ar chlé arís go dtí a shuíomh bunaidh. Más é an obair ghlan a dhéanann an fórsa ar an réad, nuair a bhogann an réad óna shuíomh bunaidh agus ansin nuair a fhilleann sé ar a shuíomh bunaidh, cothrom le náid, ansin is fórsa coimeádach an fórsa. Bunaithe ar an míniú thuas, is féidir a thabhairt i gcrích gur fórsa coimeádach é an fórsa leictreach.
Fórsa leictreach agus fuinneamh poitéinsiúil leictreach
Tá baint ag an obair a dhéanann na fórsaí coimeádacha le hathruithe sa bhfuinneamh poitéinsiúil. Mar shampla, athraíonn an obair a dhéanann an fórsa imtharraingthe ar réad maise fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe an réada maise. Mar an gcéanna, athraíonn an obair a dhéanann an fórsa leictreach i muirear leictreach fuinneamh poitéinsiúil leictreach an mhuirir.
An lucht dearfach sa réimse leictreach aonchineálach
Léiríonn an dá íomhá thíos samplaí den obair a dhéanann na fórsaí coimeádacha a chuireann athruithe ar an bhfuinneamh poitéinsiúil faoi deara. Úsáidtear míniú ar an obair a dhéanann fórsa an domhantarraingthe agus na hathruithe ar an bhfuinneamh poitéinsiúil imtharraingteach mar chomparáid,
chun tuiscint a éascú ar an obair a dhéanann an fórsa leictreach agus na hathruithe sa fhuinneamh poitéinsiúil leictreach.
Taispeánann an íomhá ar chlé réad ag titim go saor i dtreo dhromchla na talún. Nuair a bhíonn siad ag an mbarr, bíonn an fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe uasta ag réada. Agus iad ag bogadh síos, gníomhaíonn an fórsa imtharraingthe ar an réad. Tá treo an fhórsa imtharraingthe mar an gcéanna le treo gluaiseachta an réada atá síos ionas go ndéanann an fórsa imtharraingthe obair dhearfach. Nuair a luasghéaraítear síos é, laghdaíonn airde an réada ionas go laghdaíonn fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe an réada. Nuair a shroicheann sé an talamh, bíonn an fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe íosta. Is féidir a thabhairt i gcrích go laghdaíonn obair dhearfach a dhéanann an fórsa imtharraingthe ar an réad fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe an réada. Ní chailltear an fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe ach athraíonn sé ina fhuinneamh cinéiteach, rud a léirítear leis an méadú ar luas an réada nuair a ghluaiseann sé síos.
Taispeánann an figiúr ar dheis an lucht dearfach in aice leis an pláta atá luchtaithe go dearfach. Nuair a bhíonn sé in aice le pláta atá luchtaithe go dearfach, bíonn an luach uasta ag an bhfuinneamh poitéinsiúil leictreach. Fágann réimse leictreach idir an dá phláta go luasghéaraíonn an fórsa leictreach an lucht ón pláta atá luchtaithe go dearfach go dtí an pláta atá luchtaithe go diúltach. Nuair a ghluaiseann an lucht ar dheis, bíonn an fórsa leictreach i dtreo dhíláithriú an luchta ar dheis freisin, ionas go ndéanann an fórsa leictreach obair dhearfach. Le linn bogadh ar dheis, méadaíonn fuinneamh cinéiteach an luchta agus laghdaíonn an fuinneamh poitéinsiúil leictreach.
Nuair a shroicheann an fórsa leictreach an pláta a bhfuil lucht diúltach air, bíonn an luach íosta ag an bhfuinneamh leictreach poitéinsiúil. Is féidir a thabhairt i gcrích go laghdaíonn an obair dhearfach a dhéanann an fórsa leictreach ar an muirear an fuinneamh poitéinsiúil leictreach den mhuirear. Os a choinne sin, má bhogtar an muirear dearfach ar ais go dtí a shuíomh bunaidh, athraíonn treo an mhuirir ar chlé, os coinne treo an fhórsa leictrigh ar dheis. Mar gheall ar an treo os coinne, déanann an fórsa leictreach obair dhiúltach ar an muirear dearfach. Agus é ag bogadh ar chlé, méadaíonn an fuinneamh poitéinsiúil leictreach. Dá bhrí sin, is féidir a thabhairt i gcrích go méadaíonn an obair dhiúltach a dhéanann an fórsa leictreach ar an muirear an fuinneamh poitéinsiúil leictreach den mhuirear.
Muirear diúltach sa réimse leictreach aonchineálach
Murab ionann agus an muirear dearfach, bíonn an fuinneamh poitéinsiúil leictreach uasta ag an muirear diúltach nuair a bhíonn sé gar don phláta luchtaithe go diúltach agus an fuinneamh poitéinsiúil leictreach íosta nuair a bhíonn sé gar don phláta luchtaithe go dearfach. Ar ndóigh, bogann an muirear leictreach ó phoitéinseal ard go poitéinseal íseal, mar sin bogann an muirear diúltach ón pláta luchtaithe go diúltach go dtí an pláta luchtaithe go dearfach freisin. Is ar chlé atá treo díláithrithe an mhuirir dhiúltaigh, agus ar dheis atá treo an fhórsa leictrigh ionas go ndéanann an fórsa leictreach obair dhiúltach. Agus é ag bogadh ar chlé, laghdaíonn fuinneamh poitéinsiúil leictreach an mhuirir dhiúltaigh agus bíonn luach íosta aige nuair a shroicheann an muirear diúltach gar don phláta luchtaithe go dearfach. Is féidir a thabhairt i gcrích go laghdaíonn an obair dhiúltach a dhéanann an fórsa leictreach fuinneamh poitéinsiúil leictreach an mhuirir dhiúltaigh. Ní chailltear an fuinneamh poitéinsiúil leictreach ach athraíonn sé ina fhuinneamh cinéiteach arb é is sainairíonna dó luas an mhuirir a mhéadú agus é ag bogadh i dtreo an phláta luchtaithe go dearfach.
Fuinneamh poitéinsiúil leictreach sa réimse leictreach aonchineálach
Ní féidir luach an fhuinnimh phoitéinsil leictrigh atá ag muirear a aithint nuair a bhíonn an muirear i riocht áirithe. Ach má bhogann an muirear ó áit amháin go háit eile, is féidir athrú an fhuinnimh phoitéinsil leictrigh a ríomh. Mar sin, is é an t-athrú san fhuinneamh poitéinsil atá bríoch. Is féidir na hathruithe san fhuinneamh poitéinsil leictrigh (ΔEP) a aithint nuair a bhogann an muirear dearfach ón ardphoitéinseal (pláta luchtaithe go dearfach) go dtí an t-ísealphoitéinseal (pláta luchtaithe go diúltach).
Chun comparáide, nuair a bhíonn an manga ar a ghas, bíonn fuinneamh poitéinsiúil imtharraingteach ag an manga, ach ní féidir a luach a bheith ar eolas. Má luasghéaraítear toradh an manga go dtí an talamh le fórsa imtharraingteach, is féidir an t-athrú ar fhuinneamh poitéinsiúil imtharraingteach an manga a fháil amach trí ríomh a dhéanamh ag baint úsáide as an bhfoirmle W = ΔEP = mgh,
áit a bhfuil m = mais, g = luasghéarú imtharraingteach, h = an fad idir an manga agus dromchla na talún.
Mar an gcéanna, is féidir athruithe ar fhuinneamh poitéinsiúil leictreach luchta a aithint nuair a luasghéaraíonn an fórsa leictreach an lucht ó phointe amháin go pointe eile. Mar a mhíníodh cheana, má bhogann an lucht dearfach ón pláta atá luchtaithe go dearfach go dtí an pláta atá luchtaithe go diúltach,
Ríomhtar an t-athrú ar an bhfuinneamh poitéinsiúil leictreach ag baint úsáide as an bhfoirmle W = ΔEP = q E d, áit a bhfuil q = an muirear leictreach, E = an réimse leictreach agus d = an fad idir áit agus áit eile. Mar an gcéanna, má bhogann an muirear diúltach ón pláta atá luchtaithe go diúltach go dtí an pláta atá luchtaithe go dearfach, ríomhtar an méadú ar an bhfuinneamh poitéinsiúil leictreach den mhuirear diúltach ag baint úsáide as an bhfoirmle W = ΔEP = q E d.
An fuinneamh leictreach poitéinsiúil de na dhá mhuirear pointe
Ní hamháin go mbíonn na hathruithe i bhfuinneamh poitéinsiúil leictreach faoi thionchar an mhuirir i réimse leictreach aonchineálach, ach bíonn an réimse leictreach a tháirgeann an t-aon mhuirear leictreach amháin faoi thionchar an mhuirir singil freisin. Abair go bhfuil aon mhuirear amháin Q ann a tháirgeann réimse leictreach agus go bhfuil achar r ag muirear q ón muirear Q.
Q = muirear leictreach a chruthaíonn réimse leictreach
q = muirear leictreach a dhíláithrítear sa réimse leictreach a tháirgeann an muirear Q
d = r = an fad idir an muirear q agus an muirear Q.
Más comhartha céanna, + nó -, atá ar an dá mhuirear, ansin diúltaíonn an dá mhuirear a chéile nó coinníonn siad amach óna chéile ionas go mbeidh na hathruithe san fhuinneamh poitéinsiúil dearfach (méadaíonn an fuinneamh poitéinsiúil leictreach). Tá sé seo cosúil le réad maise a ghluaiseann suas ón domhan ionas go méadaíonn a airde agus an fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe. Os a choinne sin, mura bhfuil comhartha an dá mhuirear mar an gcéanna, tarraingíonn an dá mhuirear a chéile nó druidim le chéile ionas go mbeidh an t-athrú san fhuinneamh poitéinsiúil diúltach (laghdaítear an fuinneamh poitéinsiúil leictreach). Tá sé seo cosúil le réad maise a ghluaiseann anuas ag druidim le dromchla an domhain ionas go laghdaítear a airde agus an fuinneamh poitéinsiúil imtharraingthe.
Is fórsa coimeádach é an fórsa leictreach, dá bhrí sin ní dhéanann cruth chonair an mhuirir difear do na hathruithe san fhuinneamh poitéinsiúil leictreach. Is é an rud a mbíonn tionchar aige ar luach na n-athruithe san fhuinneamh poitéinsiúil leictreach ná suíomh tosaigh agus suíomh deiridh an mhuirir.
Ar an gcéad topaic eile déanfar staidéar ar an bpoitéinseal leictreach, cainníochtaí fisiceacha a bhfuil dlúthbhaint acu leis an bhfuinneamh poitéinsiúil leictreach.
