이 주제를 공부하기 전에 먼저 이해해야 할 사항이 있습니다. 이잖아요 필요 없습니다물리학, 보수적인 스타일, 전하, 쿨롱 법칙 단 전기장.
전기력은 보존력입니다.
중력과 용수철 힘 외에도 전기력은 보존력의 또 다른 예입니다. 전기력이 왜 보존력이라고 불리는지 더 잘 이해하려면 다음 설명을 읽어보세요.
그림과 같이 양전하를 띤 판과 음전하를 띤 판, 이렇게 두 개의 대전된 판이 있다고 가정해 봅시다.n 부정. 화살표 사이에 두 접시 모두 전기장 선 동양 철학의 양 양전하가 음전하 쪽으로 이동합니다. 양전하는 양전하를 띤 판 근처에 있습니다.
전기장의 존재는 양전하를 발생시킨다if 양전하는 전기장과 같은 방향으로 전기력을 받기 때문에 가속됩니다. 오른쪽 음전하를 띤 판 쪽으로 향합니다. 전기력의 방향은 오른쪽, 즉 전기장이 작용하는 방향과 같습니다. 움직임의 방향 양전하를 띠고 있으므로 전기력은 그 전하에 대해 양의 일을 합니다. 수학적으로, 양전하에 대한 전기력이 한 일은 다음과 같습니다. W = F s = q E s, d여기서 W는 일, F는 전기력, s는 두 판 사이의 거리, q는 양전하, E는 전기장입니다.
음전하를 띤 판 근처에 도달한 후, 만약 양전하 원한다켐발리관 원래 위치로 가까운 양전하를 띤 판 그렇다면 당신의 스타일이 필요합니다.아. 전하가 양수일 때 움직이는 왼쪽으로 양전하를 띤 판 쪽으로전기력은 오른쪽 방향으로 계속 작용하므로 전기력은 전하에 대해 음의 일을 합니다. 수학적으로 양전하에 대한 전기력이 한 일은 W = – F s = – q E s입니다.
U양전하에 작용하는 전기력의 총 노력, 하중이 오른쪽으로 이동했다가 다시 왼쪽으로 이동하여 원래 위치로 돌아갑니다. W는 = q E s – q E s = 0. 물체가 원래 위치에서 멀어졌다가 다시 원래 위치로 돌아올 때 어떤 힘이 물체에 한 총 일이 0과 같으면, 그 힘은 보존력이다. 위의 설명을 바탕으로 전기력은 보존력이라고 결론지을 수 있다.
전기력과 전기 위치 에너지
보존력이 한 일은 위치 에너지의 변화와 관련이 있습니다. 예를 들어, 중력이 어떤 질량에 한 일은 그 질량의 중력 위치 에너지를 변화시킵니다. 마찬가지로, 전기력이 어떤 전하에 한 일은 그 전하의 전기 위치 에너지를 변화시킵니다.
균일한 전기장 내의 양전하
아래 두 그림은 보존력이 작용하여 위치 에너지가 변화될 때 일어나는 일의 예를 보여줍니다. 중력에 의한 일과 중력 위치 에너지 변화에 대한 설명을 비교 기준으로 사용하여 전기력에 의한 일과 전기 위치 에너지 변화를 더 쉽게 이해할 수 있도록 했습니다.
왼쪽 이미지는 물체가 떨어지는 모습을 보여줍니다. 베바스 지표면을 향해. 물체가 높은 곳에 있을 때, 중력 위치 에너지가 최대가 됩니다. 물체가 아래쪽으로 움직일 때, 중력이 작용합니다. 중력의 방향은 물체의 변위 방향과 같으므로 아래쪽 방향이며, 따라서 중력은 양의 일을 합니다. 물체가 아래쪽으로 가속하면 높이가 감소하고, 그에 따라 중력 위치 에너지도 감소합니다. 물체가 지면에 도달하기 직전에 중력 위치 에너지는 최소값을 갖습니다. 중력이 물체에 한 양의 일은 물체의 중력 위치 에너지를 감소시킨다는 결론을 내릴 수 있다. 중력 위치 에너지는 손실되지 않고 운동 에너지로 변환되며, 이는 물체가 아래로 움직일 때 속도가 증가하는 것으로 나타납니다.
오른쪽 이미지는 양전하를 보여줍니다.전하 f는 양전하를 띤 판 근처에 있습니다. 양전하를 띤 판 근처에 있을 때, 전하의 위치 에너지는 최대가 됩니다. 두 판 사이에 전기장이 존재하기 때문에 전하는 전기력에 의해 가속됩니다. 양전하를 띤 판에서 음전하를 띤 판으로. 하중이 오른쪽으로 이동합니다전기력 또한 같은 방향으로 전하 변위는 오른쪽 방향이므로 전기력은 양의 일을 합니다. 움직이는 동안 오른쪽으로 갈수록 전하의 운동 에너지는 증가하는 반면, 위치 에너지는 감소합니다. 전하가 음전하를 띤 판 근처에 도달하면 전하의 위치 에너지는 최소값이 됩니다. 전기력이 한 양의 일은 다음과 같다고 결론지을 수 있다. 뱃짐이는 전하의 전기적 위치 에너지를 감소시키는 효과를 낸다. S반대로, 만약에 양전하가 원래 위치로 되돌아갑니다. 그러면 전하 이동 방향은 왼쪽으로, 즉 반대 방향이 됩니다. 전기력은 오른쪽으로 작용합니다.n전기력은 반대 방향으로 작용하므로 양전하에 대해 음의 일을 합니다. 양전하가 왼쪽으로 이동함에 따라 전기 위치 에너지는 증가합니다. 따라서 전기력이 전하에 한 음의 일은 전하의 전기 위치 에너지를 증가시킨다는 결론을 내릴 수 있습니다.
균일한 전기장 내의 음전하
양전하와 달리 음전하는 음전하를 띤 판 근처에 있을 때 최대 위치 에너지를 갖고, 양전하를 띤 판 근처에 있을 때 최소 위치 에너지를 갖습니다. 전기 전하는 자연적으로 높은 전위에서 낮은 전위로 이동하므로 음전하도 음전하를 띤 판에서 양전하를 띤 판으로 이동합니다. 음전하의 이동 방향은 왼쪽이고 전기력의 방향은 오른쪽이므로 전기력은 음의 일을 합니다. 왼쪽으로 이동함에 따라 음전하의 위치 에너지는 감소하고, 양전하를 띤 판 근처에 도달할 때 최소값을 갖습니다. 따라서 전기력이 한 음의 일은 음전하의 위치 에너지를 감소시킨다는 결론을 내릴 수 있습니다. 위치 에너지는 손실되지 않고 운동 에너지로 전환되며, 이는 양전하를 띤 판을 향해 이동함에 따라 전하의 속도가 증가하는 것으로 나타납니다.
균일한 전기장 내에서의 전기 위치 에너지
전하가 특정 위치에 있을 때의 전기적 위치 에너지는 알려져 있지 않습니다. 하지만 전하가 한 위치에서 다른 위치로 이동하면 전기적 위치 에너지의 변화량을 구할 수 있습니다. 따라서 중요한 것은 위치 에너지의 변화량(ΔEP)입니다.
반면에 망고가 줄기에 달려 있을 때는 잠재 에너지를 가지고 있습니다. 중력은 존재하지만 그 값은 알 수 없습니다. 만약 망고가 중력에 의해 지면으로 가속된다면, 감소하다 망고 열매의 중력 위치 에너지는 공식 W를 사용하여 계산할 수 있습니다. = ΔEP = mgh, 여기서 m은 질량, g는 중력 가속도, h는 망고 줄기와 지면 사이의 거리입니다.
마찬가지로, 전하가 전기력에 의해 한 지점에서 다른 지점으로 가속될 때 전하의 전기적 위치 에너지 변화를 알 수 있습니다. 앞서 설명했듯이, 양전하가 양전하를 띤 판에서 음전하를 띤 판으로 이동할 때, 그러면 판은 음전하를 띠게 됩니다. 감소하다 전하의 전기적 위치 에너지는 다음 공식을 사용하여 계산됩니다. W = ΔEP = q = E ∈ s이며, 여기서 q는 전하량, E는 전기장, s는 두 판 사이의 거리 또는 한 지점과 다른 지점 사이의 거리입니다. 마찬가지로, 음전하가 음전하를 띤 판에서 양전하를 띤 판으로 이동하면 다음과 같습니다. 증가하다 음전하의 전기적 위치 에너지는 공식 W = ΔEP = 를 사용하여 계산됩니다. q E s.
두 점전하의 전기적 위치 에너지
균일한 전기장 내의 전하뿐만 아니라 단일 전하에 의해 생성된 전기장 내의 전하에서도 전기적 위치 에너지의 변화가 발생합니다. 단일 전하 Q가 전기장을 생성하고, 전하 q가 전하 Q로부터 거리 r만큼 떨어져 있다고 가정해 봅시다.
설명 : k (쿨롱 상수) = 9 x 109 Nm2/C2, Q = 전기장을 생성하는 전하량 q는 전하 Q에 의해 생성된 전기장 내에서 변위를 겪는 전하량입니다. s = r = 전하 q와 전하 Q 사이의 거리.
두 전하의 부호가 같으면(+ 또는 -), 두 전하는 서로 밀어내거나 멀어지므로 위치 에너지 변화량은 양수(전기 위치 에너지 증가)가 됩니다. 이는 질량을 가진 물체가 지구에서 멀어지는 방향으로 위로 움직일 때 높이와 중력 위치 에너지가 증가하는 것과 유사합니다. 반대로 두 전하의 부호가 다르면 두 전하는 서로 끌어당기거나 가까워지므로 위치 에너지 변화량은 음수(전기 위치 에너지 감소)가 됩니다. 이는 질량을 가진 물체가 지구를 향해 아래로 움직일 때 높이와 중력 위치 에너지가 감소하는 것과 유사합니다.
전기력은 보존력이므로 전하의 이동 경로 모양은 전기 위치 에너지 변화에 영향을 미치지 않습니다. 전기 위치 에너지 변화에 영향을 미치는 것은 전하의 초기 위치와 최종 위치입니다.
다음 주제에서는 복습하겠습니다. 전위물리량으로서, 와 밀접한 관련이 있습니다. 전기적 위치 에너지.
