Электр потенциалы энергиясы жөнүндө макала
Бул теманы изилдөөдөн мурун, алгач жумушту, консервативдик күчтөрдү, консервативдик күчтөрдүн потенциалдык энергия менен байланышын , электр күчтөрүн жана электр талаасын түшүнүңүз.
Электр күчү – бул консервативдик күч
Тартылуу күчүнөн жана пружиналык күчтөн тышкары, консервативдик күчтүн дагы бир мисалы - электр күчү. Электр күчү эмне үчүн консервативдик күч деп аталарын жакшыраак түшүнүү үчүн төмөнкү түшүндүрмөнү түшүнүңүз.
Сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки электрдик заряддалган пластина бар дейли, сол пластина оң заряддалган, ал эми оң пластина терс заряддалган. Эки пластинанын ортосундагы жебе - оң заряддан терс зарядга карай чыккан электр талаасынын күч сызыктары. Оң заряд оң электрдик заряддалган пластинанын жанында болот.
Электр талаасынын болушу оң заряддын электр талаасынын багыты боюнча электр күчүн сезишине алып келет, ошондуктан оң заряд терс заряддалган пластинага карай оңго карай ылдамданат. Электр күчүнүн багыты заряддын кыймылынын багыты боюнча оңго карай, ошондуктан электр күчү зарядга оң жумуш жасайт. Математикалык жактан алганда, электр күчүнүн оң зарядга жасаган иши W = F d = q E d, мында W = жумуш, F = электр күчү, d = эки пластинанын ортосундагы аралык, q = оң заряд, E = электр талаасы.
Терс заряддалган пластинага жакындагандан кийин, эгерде оң заряд терс заряддалган пластинанын жанындагы баштапкы абалына кайтарылышы керек болсо, тышкы күч талап кылынат. Оң заряд оң заряддалган пластинага карай солго жылдырылганда, электр күчү оңго багытталган бойдон калат, ошондуктан электр күчү зарядга терс жумуш жасайт. Математикалык жактан алганда, электр күчүнүн оң зарядга жасаган иши W = – F d = – q E d.
Электр күчүнүн оң зарядга жасаган жалпы жумушу, заряд оңго жылып, андан кийин кайрадан солго, баштапкы абалына келгенде, W = qEd – qEd = 0. Эгерде жалпы жумуш нерсеге таасир этүүчү күч тарабынан аткарылса, анда 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 күчтөрдүн аткарган иши потенциалдык энергиянын өзгөрүшүнө байланыштуу. Мисалы, массалык объектиге тартылуу күчүнүн аткарган иши массалык объектинин тартылуу потенциалдык энергиясын өзгөртөт. Ошо сыяктуу эле, электр зарядындагы электр күчүнүн аткарган иши заряддын электрдик потенциалдык энергиясын өзгөртөт.
Бир тектүү электр талаасындагы оң заряд
Төмөндөгү эки сүрөттө потенциалдык энергиянын өзгөрүшүнө алып келүүчү консервативдик күчтөрдүн аткарган иштеринин мисалдары келтирилген. Салыштыруу үчүн тартылуу күчү тарабынан аткарылган иштин жана тартылуу потенциалдык энергиясынын өзгөрүшүнүн түшүндүрмөсү колдонулат,
электр күчүнүн аткарган ишин жана электр потенциалынын энергиясынын өзгөрүшүн түшүнүүгө көмөктөшүү.
Сол жактагы сүрөттө жердин бетине эркин кулап бараткан нерсе көрсөтүлгөн. Чокусунда турган нерселер максималдуу тартылуу потенциалдык энергияга ээ. Төмөн карай жылып баратканда, тартылуу күчү нерсеге таасир этет. Тартылуу күчүнүн багыты ылдый карай турган нерсенин кыймыл багыты менен бирдей, ошондуктан тартылуу күчү оң жумуш аткарат. Ылдамдатылганда, нерсе төмөндөйт, ошондуктан нерсеге тартылуу потенциалдык энергиясы азаят. Жерге жеткенде, тартылуу потенциалдык энергиясы минималдуу болот. Гравитациялык күчтүн нерсеге жасаган оң иши анын тартылуу потенциалдык энергиясын азайтат деген тыянак чыгарууга болот. Гравитациялык потенциалдык энергия жоголбойт, тескерисинче, кинетикалык энергияга айланат, бул нерсе ылдый жылып баратканда ылдамдыгынын жогорулашы менен көрсөтүлөт.
Оң жактагы сүрөттө оң заряддалган пластинанын жанындагы оң заряд көрсөтүлгөн. Оң заряддалган пластинанын жанында электрдик потенциал энергиясы максималдуу мааниге ээ болот. Эки пластинанын ортосунда электр талаасынын болушу заряддын оң заряддалган пластинадан терс заряддалган пластинага карай электр күчү менен ылдамданышына алып келет. Заряд оңго жылганда, электр күчү да заряддын оңго жылышынын багытында болот, ошондуктан электр күчү оң жумуш аткарат. Оңго жылганда заряддын кинетикалык энергиясы көбөйөт, ал эми электрдик потенциал энергиясы азаят.
Терс заряддуу пластинага жакындаганда, потенциалдуу электр энергиясы минималдуу мааниге ээ болот. Электр күчүнүн зарядга тийгизген оң иши заряддын электрдик потенциал энергиясын азайтат деген тыянак чыгарууга болот. Тескерисинче, эгерде оң заряд баштапкы абалына кайтып келсе, анда заряддын багыты оң жактагы электр күчүнүн багытына карама-каршы солго өзгөрөт. Карама-каршы багыттан улам, электр күчү оң зарядга терс жумуш жасайт. Солго жылышканда, электрдик потенциал энергиясы жогорулайт. Ошентип, электр күчүнүн зарядга тийгизген терс иши заряддын электрдик потенциал энергиясын жогорулатат деген тыянак чыгарууга болот.
Бир тектүү электр талаасындагы терс заряд
Оң заряддан айырмаланып, терс заряд терс заряддалган пластинага жакын болгондо максималдуу электрдик потенциал энергиясына, ал эми оң заряддалган пластинага жакын болгондо минималдуу электрдик потенциал энергиясына ээ болот. Албетте, электр заряды жогорку потенциалдан төмөнкү потенциалга өтөт, ошондуктан терс заряд да терс заряддалган пластинадан оң заряддалган пластинага өтөт. Терс заряддын жылышуу багыты солго, ал эми электр күчүнүн багыты оңго, ошондуктан электр күчү терс жумуш жасайт. Солго жылып баратканда, терс заряддын электрдик потенциал энергиясы азаят жана терс заряд оң заряддалган пластинага жакын 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, ал оң заряддалган пластинага карай жылып баратканда заряддын ылдамдыгынын жогорулашы менен мүнөздөлөт.
Бир тектүү электр талаасындагы электр потенциалы
Заряд белгилүү бир абалда тургандагы заряддын электрдик потенциал энергиясынын маанисин билүү мүмкүн эмес. Бирок, эгерде заряд бир жерден экинчи жерге жылса, заряддын электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшүн эсептөөгө болот. Демек, маанилүүсү - потенциалдык энергиянын өзгөрүшү. Электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшүн (ΔEP) оң заряд жогорку потенциалдан (оң заряддалган пластина) төмөнкү потенциалга (терс заряддалган пластина) жылганда билүүгө болот.
Салыштыруу үчүн, манго сабагында турганда, анын тартылуу потенциалдык энергиясы болот, бирок анын маанисин билүү мүмкүн эмес. Эгерде манго мөмөсү тартылуу күчү менен жерге тездетилсе, мангонун тартылуу потенциалдык энергиясынын өзгөрүшүн W = ΔEP = mgh формуласын колдонуу менен эсептөө аркылуу билүүгө болот,
мында m = масса, g = гравитациялык ылдамдануу, h = манго менен жердин бетинин ортосундагы аралык.
Ошо сыяктуу эле, заряддын электрдик потенциалдык энергиясынын өзгөрүшүн электр күчү зарядды бир чекиттен экинчи чекитке ылдамдатканда билүүгө болот. Буга чейин түшүндүрүлгөндөй, эгерде оң заряд оң заряддалган пластинадан терс заряддалган пластинага жылса,
электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшү W = ΔEP = q Ed формуласы менен эсептелет, мында q = электр заряды, E = электр талаасы жана d = бир жер менен башка жердин ортосундагы аралык. Ошо сыяктуу эле, эгерде терс заряд терс заряддалган пластинадан оң заряддалган пластинага жылса, терс заряддын электрдик потенциал энергиясынын көбөйүшү W = ΔEP = q Ed формуласы менен эсептелет.
Эки чекиттик заряддын электрдик потенциал энергиясы
Электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшү бир тектүү электр талаасындагы заряд менен гана эмес, бир электрдик заряд тарабынан пайда болгон электр талаасы менен да байкалат. Мисалы, электр талаасын пайда кылган бир Q заряды бар жана q заряды Q зарядынан r аралыкта жайгашкан дейли.
Q = электр талаасын пайда кылган электр заряды
q = Q заряды тарабынан пайда болгон электр талаасында жылышкан электр заряды
d = 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 жерден өйдө карай жылып, бийиктиги жана тартылуу потенциалдык энергиясы жогорулаган массалык объектке окшош. Тескерисинче, эгерде эки заряддын белгиси бирдей болбосо, эки заряд бири-бирин тартат же бири-бирине жакындайт, ошондуктан потенциалдык энергиянын өзгөрүшү терс болот (электрдик потенциалдык энергия азаят). Бул массалык объекттин Жердин бетине ылдый карай жылып, бийиктиги жана тартылуу потенциалдык энергиясы азаят.
Электр күчү консервативдик күч болуп саналат, ошондуктан заряд жолунун формасы электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшүнө таасир этпейт. Электрдик потенциал энергиясынын өзгөрүшүнүн маанисине заряддын баштапкы абалы жана акыркы абалы таасир этет.
Кийинки темада электрдик потенциал, электрдик потенциал энергиясы менен тыгыз байланышкан физикалык чоңдуктар изилденет.
