Бул теманы изилдөөдөн мурун, алгач физика , консервативдик күчтөр , электр заряды , Кулон закону жана электр талаалары боюнча материалдарды түшүнүп алыңыз.
Электр күчү – консервативдик күч
Гравитациялык күч жана пружиналык күчтөн тышкары, консервативдик күчтүн дагы бир мисалы - электр күчү. Электр күчү эмне үчүн консервативдик күч деп аталарын жакшыраак түшүнүү үчүн төмөнкү түшүндүрмөнү окуп чыгыңыз.
Сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки электрдик заряддалган пластина бар дейли, сол пластина оң заряддалган, ал эми оң пластина терс заряддалган.n терс. Ортосундагы жебе эки плита тең электр талаасынын сызыктары янг оң заряддан терс зарядга карай. Оң заряд оң заряддалган пластинанын жанында болот.
Электр талаасынын болушу оң заряддын электр талаасы менен бир багытта электр күчүн сезишине алып келет, ошондуктан оң заряд терс заряддалган пластинага карай оңго карай ылдамданат . Электр күчүнүн багыты оңго, заряддын кыймыл багыты менен бир багытта , ошондуктан электр күчү зарядга оң жумуш аткарат. Математикалык жактан алганда, электр күчүнүн оң зарядга жасаган иши W = F s = q E s, мында W = жумуш, F = электр күчү, s = эки пластинанын ортосундагы аралык, q = оң заряд, E = электр талаасы.
Терс заряддалган пластинага жакын келгенден кийин, эгерде оң заряд каалоокайтарууКан баштапкы абалына жакын оң заряддалган пластина анда сиздин стилиңиз керекар. Заряд оң болгондо көчүрүлдү солго оң заряддалган пластинага карай, электр күчү оңго багытталган бойдон калат, ошондуктан электр күчү зарядга терс жумуш аткарат. Математикалык жактан алганда, электр күчүнүн оң зарядга жасаган иши W = – F s = – q E s болот.
Электр күчүнүн оң зарядга жасаган жалпы жумушу , заряд оңго жылып, андан кийин кайрадан солго, баштапкы абалына келгенде W = qEs – qEs = 0. Эгерде күчтүн нерсеге жасаган жалпы жумушу, нерсе баштапкы абалынан алыстап, андан кийин баштапкы абалына кайтып келгенде нөлгө барабар болсо, анда күч консервативдик күч болуп саналат. Жогорудагы түшүндүрмөгө таянып, электр күчү консервативдик күч деген тыянак чыгарууга болот.
Электр күчү жана электр потенциалы энергиясы
Консервативдик күчтүн аткарган иши потенциалдык энергиянын өзгөрүшүнө байланыштуу. Мисалы, тартылуу күчүнүн массага жасаган иши массанын тартылуу потенциалдык энергиясын өзгөртөт. Ошо сыяктуу эле, электрдик күчтүн электр зарядына жасаган иши заряддын электрдик потенциалдык энергиясын өзгөртөт.
Бир тектүү электр талаасындагы оң заряд
Төмөндөгү эки сүрөттө потенциалдык энергиянын өзгөрүшүнө алып келүүчү консервативдик күчтүн аткарган жумушунун мисалдары келтирилген. Тартылуу күчүнүн аткарган жумушунун жана тартылуу потенциалдык энергиясынын өзгөрүшүнүн түшүндүрмөлөрү электр күчүнүн аткарган жумушун жана электрдик потенциалдык энергиянын өзгөрүшүн түшүнүүнү жеңилдетүү үчүн салыштыруу катары колдонулат.
Сол жактагы сүрөттө кулап бараткан объект көрсөтүлгөн. bebas жер бетине карай. Бийиктикте турган объект максималдуу гравитациялык потенциалдык энергияга ээ болот. Нерсе ылдый карай жылып баратканда, ага тартылуу күчү таасир этет. Тартылуу күчүнүн багыты анын жылышуу багыты менен бирдей, тактап айтканда, ылдый карай, ошондуктан тартылуу күчү оң жумуш аткарат. Нерсе ылдый карай ылдамданганда, анын бийиктиги төмөндөйт, ошону менен анын тартылуу потенциалдык энергиясы азаят. Жерге жеткенде, тартылуу потенциалдык энергиясы минималдуу мааниге жетет. Гравитациялык күчтүн объектке жасаган оң иши объектинин гравитациялык потенциалдык энергиясын азайтат деген тыянак чыгарууга болот. Гравитациялык потенциалдык энергия жоголбойт, тескерисинче кинетикалык энергияга айланат, бул ылдый карай кыймылдагандагы объекттин ылдамдыгынын жогорулашы менен көрсөтүлөт.
Оң жактагы сүрөттө оң заряд көрсөтүлгөн.f оң заряддалган пластинанын жанында. Оң заряддалган пластинанын жанында заряддын электрдик потенциалдык энергиясы максималдуу болот. Эки пластинанын ортосунда электр талаасынын болушу заряддын электрдик күч менен ылдамданышына алып келет. оң заряддалган пластина терс заряддалган пластинага айланат. Качан жүк оңго жылат, электр күчү ошондой эле ошол эле багытта заряддын жылышы оңго карай, ошондуктан электр күчү оң жумуш аткарат. Кыймылдап жатканда оңго карай, заряддын кинетикалык энергиясы жогорулайт, ал эми электрдик потенциалдык энергиясы азаят. Ал терс заряддалган пластинага жакын келгенде, заряддын электрдик потенциалдык энергиясы минималдуу мааниге ээ болот. Электр күчүнүн оң жумушу деген тыянак чыгарууга болот жүк, заряддын электрдик потенциалдык энергиясын азайтуу. Sтескерисинче, jika оң заряд баштапкы абалына кайтып келет анда заряддын которулуу багыты солго, багытка карама-каршы келет оң жактагы электр күчүnЭлектр күчү тескери багытта болгондуктан, ал оң зарядга терс жумуш аткарат. Ал солго жылганда электрдик потенциал энергиясы жогорулайт. Демек, электр күчүнүн зарядга жасаган терс иши заряддын электрдик потенциал энергиясын жогорулатат деген тыянак чыгарууга болот.
Бир тектүү электр талаасындагы терс заряд
Оң заряддардан айырмаланып, терс заряддар терс заряддалган пластинанын жанында болгондо максималдуу электрдик потенциал энергиясына, ал эми оң заряддалган пластинанын жанында болгондо минималдуу электрдик потенциал энергиясына ээ болот. Албетте, электр заряддары табигый түрдө жогорку потенциалдан төмөнкү потенциалга өтөт, ошондуктан терс заряддар да терс заряддалган пластинадан оң заряддалган пластинага өтөт. Терс заряддын кыймыл багыты солго, ал эми электр күчүнүн багыты оңго, ошондуктан электр күчү терс жумуш аткарат. Солго жылып баратканда, терс заряддын электрдик потенциал энергиясы азаят жана терс заряд оң заряддалган пластинанын жанына келгенде минималдуу мааниге ээ болот. Электр күчүнүн жасаган терс иши терс заряддын электрдик потенциал энергиясын азайтат деген тыянак чыгарууга болот. Электрдик потенциал энергиясы жоголбойт, тескерисинче, кинетикалык энергияга айланат, бул оң заряддалган пластинага карай жылып баратканда заряддын ылдамдыгынын жогорулашы менен көрсөтүлөт.
Бир тектүү электр талаасындагы электр потенциалынын энергиясы
Заряд белгилүү бир абалда тургандагы анын электрдик потенциал энергиясы белгисиз. Бирок, эгерде заряд бир жерден экинчи жерге жылса, анын электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшүн аныктоого болот. Ошондуктан, маанилүүсү - потенциалдык энергиянын өзгөрүшү (ΔEP).
Салыштыруу үчүн, манго сабагында турганда, анын тартылуу потенциалдык энергиясы болот, бирок анын маанисин билүү мүмкүн эмес. Эгерде манго жерге тартылуу күчү менен ылдамданса, мангонун тартылуу потенциалдык энергиясынын азайышын W = Δ EP = mgh формуласын колдонуу менен эсептөөлөр аркылуу аныктоого болот, мында m = масса, g = тартылуу ылдамдануусу, h - мангонун сабагы менен жер бетинин ортосундагы аралык.
Ошо сыяктуу эле, заряддын электрдик потенциалдык энергиясынын өзгөрүшү заряд бир чекиттен экинчи чекитке электрдик күч менен ылдамдатылганда белгилүү болот. Буга чейин түшүндүрүлгөндөй, эгерде оң заряд оң заряддалган пластинадан терс заряддалган пластинага жылса, заряддын электрдик потенциалдык энергиясынын азайышы W = Δ EP = q E s формуласы менен эсептелет, мында q = электр заряды, E = электр талаасы жана s - эки пластинанын ортосундагы аралык же бир жер менен экинчи жердин ортосундагы аралык. Ошо сыяктуу эле, эгерде терс заряд терс заряддалган пластинадан оң заряддалган пластинага жылса, терс заряддын электрдик потенциалдык энергиясынын көбөйүшү W = ΔEP = q E s формуласы менен эсептелет.
Эки чекиттүү заряддын электрдик потенциал энергиясы
Электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшү бир тектүү электр талаасындагы заряддар менен гана эмес, бир электрдик заряд тарабынан пайда болгон электр талаасында да байкалат. Мисалы, электр талаасын пайда кылган бир гана Q заряды бар жана q заряды Q зарядынан r аралыкта жайгашкан дейли.
Маалымат: k (Кулон туруктуусу) = 9 x 109 Ж m2/C2, Q = электр талаасын пайда кылган электр заряды, q = Q заряды тарабынан пайда болгон электр талаасында жылышууга дуушар болгон электр заряды, s = r = q зарядынын Q зарядынан аралыгы.
Эгерде эки заряддын тең белгиси бирдей болсо, + же –, анда эки заряд бири-бирин түртөт же бири-биринен алыстайт, ошондуктан потенциалдык энергиянын өзгөрүшү оң болот (электрдик потенциалдык энергия жогорулайт). Бул массалык объект Жерден өйдө карай жылып, бийиктиги жана тартылуу потенциалдык энергиясы жогорулайт дегенге окшош. Тескерисинче, эгерде эки заряддын белгилери ар башка болсо, эки заряд бири-бирин тартат же бири-бирине жакындайт, ошондуктан потенциалдык энергиянын өзгөрүшү терс болот (электрдик потенциалдык энергия азаят). Бул массалык объект Жерге карай ылдый жылып, бийиктиги жана тартылуу потенциалдык энергиясы азаят дегенге окшош.
Электр күчү консервативдик күч болуп саналат, андыктан заряддын жолунун формасы электр потенциалдык энергиясынын өзгөрүшүнө эч кандай таасир этпейт. Электр потенциалдык энергиясынын өзгөрүшүнө заряддын баштапкы жана акыркы абалдары таасир этет.
Кийинки темада биз электрдик потенциалды , электрдик потенциал энергиясы менен тыгыз байланышкан физикалык чоңдукту карап чыгабыз.
