Articulus de energia potentiali electrica
Antequam hoc argumentum perscruteris, primum intellege opus, vires conservativas, relationem inter vires conservativas cum energia potentiali , vires electricas et campum electricum.
Vis electrica est vis conservativa
Praeter vim gravitatis et vim elasticam, aliud exemplum vis conservativae est vis electrica. Ut melius intelligas cur vis electrica vis conservativa appellatur, explicationem sequentem intellege.
Ponamus duas laminas electrice onustas esse, ut in figura monstratur, laminam sinistram positive onustam esse, laminam dextram negative. Sagitta inter duas laminas lineas campi electrici est quae e positivo onere versus negativum exeunt. Positivum onus prope laminam positive onustam est.
Praesentia campi electrici efficit ut sarcina positiva vim electricam in directionem campi electrici subeat, ita ut sarcina positiva ad dextram versus laminam negative onustam acceleretur. Directio vis electricae ad dextram, in directionem motus sarcinae, ita ut vis electrica opus positivum in sarcina faciat. Mathematice, opus a vi electrica in sarcinam positivam factum est W = F d = q E d, ubi W = opus, F = vis electrica, d = distantia inter duas laminas, q = sarcina positiva, E = campus electricus.
Postquam prope laminam negative onustam perventum est, si positiva carica ad pristinum locum prope laminam negative onustam reduci debet, vis externa requiritur. Cum positiva carica ad sinistram versus laminam positive onustam movetur, vis electrica ad dextram directa manet, ita ut vis electrica opus negativum in carica faciat. Mathematice, opus a vi electrica in carica positiva factum est W = – F d = – q E d.
Opus totum a vi electrica in sarcinam positivam perfectum, cum sarcina ad dextram movetur, deinde iterum ad sinistram ad locum suum originalem movetur, est W = qEd – qEd = 0. Si opus netum a vi in rem fit, cum res a loco suo originali movetur et deinde ad locum suum originalem, aequalem zero, redit, tum vis est vis conservativa. Ex explicatione supra data, concludi potest vim electricam esse vim conservativam.
Vis electrica et energia potentialis electrica
Opus a viribus conservativis factum mutationibus energiae potentialis coniunctum est. Exempli gratia, opus a vi gravitatis in obiecto massae factum energiam potentialem gravitatis obiecti massae mutat. Similiter, opus a vi electrica in onere electrico factum energiam potentialem electricam oneri mutat.
Onus positivum in campo electrico homogeneo
Duae imagines infra exempla operis a viribus conservativis effecti, qui mutationes in energia potentiali efficiunt, illustrant. Explanatio operis a vi gravitatis effecti et mutationum in energia potentiali gravitationali ad comparationem adhibetur.
ad faciliorem intellectum operis a vi electrica peracti et mutationum in energia potentiali electrica.
Imago a sinistra ostendit rem libere cadentem ad superficiem terrae. Cum ad summum sunt, res maximam energiam potentialem gravitatis habent. Cum deorsum moventur, vis gravitatis in rem agit. Directio vis gravitatis eadem est ac directio motus rei quae deorsum est, ita ut vis gravitatis opus positivum faciat. Cum deorsum acceleratur, altitudo rei decrescit, ita ut energia potentialis gravitatis rei decrescat. Cum ad terram pervenitur, energia potentialis gravitatis minima est. Concludi potest opus positivum a vi gravitatis in rem factum energiam potentialem gravitatis rei reducere. Energia potentialis gravitatis non perditur, sed in energiam cineticam mutatur, quod indicatur incremento celeritatis rei cum deorsum movetur.
Figura a dextra ostendit onerationem positivam prope laminam positive oneratam. Cum prope laminam positive oneratam est, energia potentialis electrica valorem maximum habet. Praesentia campi electrici inter duas laminas efficit ut oneratio vi electrica a lamina positive onerata ad laminam negative oneratam acceleretur. Cum oneratio ad dextram movetur, vis electrica etiam in directione dislocationis onerationis ad dextram est, ita ut vis electrica opus positivum faciat. Dum movetur ad dextram, energia cinetica onerationis crescit dum energia potentialis electrica decrescit.
Cum prope laminam cum onere negativo advenerint, energia electrica potentialis valorem minimum habet. Concludi potest opus positivum a vi electrica in onere factum energiam potentialem electricam oneri minuere. Contra, si onere positivo ad locum pristinum reducitur, directio oneri ad sinistram mutatur, directioni vis electricae ad dextram contraria. Propter directionem contrariam, vis electrica opus negativum in onere positivo facit. Cum ad sinistram movetur, energia potentialis electrica augetur. Ergo concludi potest opus negativum a vi electrica in onere factum energiam potentialem electricam oneri augere.
Onus negativum in campo electrico homogeneo
Dissimilis onere positivo, onere negativo maximam energiam potentialem electricam habet cum prope laminam negative oneratam est, minimam vero cum prope laminam positive oneratam est. Naturaliter, onere electrico a potentiali alto ad potentiale humile movetur, ita onere negativo etiam a lamina negative onerata ad laminam positive oneratam movetur. Directio translationis oneri negativi est ad sinistram, dum directio vis electrica est ad dextram, ita ut vis electrica opus negativum faciat. Cum ad sinistram movetur, energia potentialis electrica oneri negativi decrescit et valorem minimum habet cum onere negativus prope laminam positive oneratam advenit. Concludi potest opus negativum a vi electrica factum energiam potentialem electricam oneri negativi reducere. Energia potentialis electrica non perditur sed in energiam cineticam mutatur, quae celeritate oneri aucta cum ad laminam positive oneratam movetur insignitur.
Energia potentialis electrica in campo electrico homogeneo
Energia potentialis electrica oneris, cum onus in certa positione est, eius valor sciri non potest. Sed si onus ex uno loco in alium movetur, mutatio energiae potentialis electricae oneris calculari potest. Ergo, quod significat, est mutatio energiae potentialis. Mutationes energiae potentialis electricae (ΔEP) sciri possunt cum onus positivo a potentiali alto (lamina positive onusta) ad potentiali humile (lamina negative onusta) movetur.
Ad comparationem, cum mango in caule suo est, mango energiam potentialem gravitatis habet, sed valor eius sciri non potest. Si fructus mangi ad terram vi gravitatis acceleratur, mutatio energiae potentialis gravitatis mangi per calculum sciri potest formula utens W = ΔEP = mgh.
ubi m = massa, g = acceleratio gravitatis, h = distantia inter mangum et superficiem terrae.
Similiter, mutationes energiae potentialis electricae oneris cognosci possunt cum vis electrica onus ab uno puncto ad alterum accelerat. Ut antea explicatum est, si onus positivum a lamina positive onusta ad laminam negative onustam movetur,
Mutatio energiae potentialis electricae computatur utens formula W = ΔEP = qEd, ubi q = onus electricum, E = campus electricus et d = distantia inter locum et alium locum. Similiter, si onus negativum a lamina negative onustum ad laminam positive onustum movetur, augmentum energiae potentialis electricae oneris negativi computatur utens formula W = ΔEP = qEd.
Energia potentialis electrica duarum caricarum punctualium
Mutationes energiae potentialis electricae non solum a carica in campo electrico homogeneo experiuntur, sed etiam a campo electrico a singula carica electrica producto. Ponamus esse singulam caricam Q quae campum electricum producit et caricam q distantiam r a carica Q habere.
Q = onus electricum quod campum electricum efficit
q = onus electricum quod in campo electrico a carica Q producto expellitur
d = r = distantia inter sarcinam q et sarcinam Q.
Si ambae onerationes idem signum habent, "+" vel "-", tum duae onerationes se repellunt vel ab invicem arcent, ita ut mutationes energiae potentialis positivae sint (energia potentialis electrica augetur). Hoc simile est obiecto massae quod sursum a terra movetur, ita ut altitudo eius et energia potentialis gravitatis augeantur. Contra, si signum ambarum onerationum non idem est, duae onerationes se trahunt vel ad invicem appropinquant, ita ut mutatio energiae potentialis negativa sit (energia potentialis electrica minuitur). Hoc simile est obiecto massae deorsum moventi superficiem terrae appropinquanti, ita ut altitudo eius et energia potentialis gravitatis minuantur.
Vis electrica est vis conservativa, ergo forma viae electricae mutationes energiae potentialis electricae non afficit. Quod valorem mutationum energiae potentialis electricae afficit, est positio initialis et positio finalis electricae.
In proximo argumento de potentiali electrico investigabitur, quantitatibus physicis quae arcte cum energia potentiali electrica conexae sunt.
