Artikel iwwer d'elektresch potenziell Energie
Ier Dir dëst Thema studéiert, sollt Dir als éischt d'Aarbecht, déi konservativ Kräften, d'Bezéiung tëscht de konservative Kräften an der potenzieller Energie , den elektresche Kräften an dem elektresche Feld verstoen.
Elektresch Kraaft ass déi konservativ Kraaft
Nieft der Gravitatiounskraaft an der Federkraaft ass en anert Beispill vun der konservativer Kraaft d'elektresch Kraaft. Fir besser ze verstoen, firwat déi elektresch Kraaft déi konservativ Kraaft genannt gëtt, sollt Dir déi folgend Erklärung verstoen.
Stelle mer vir, et géifen zwou elektresch gelueden Placken ginn, wéi an der Figur gewisen, déi lénks Plack ass positiv gelueden an déi riets Plack ass negativ gelueden. De Pfeil tëscht den zwou Placken ass d'elektresch Feldlinnen, déi vun der positiver Ladung a Richtung vun der negativer Ladung erauskommen. Eng positiv Ladung ass no bei enger positiv elektresch geluedener Plack.
D'Präsenz vum elektresche Feld bewierkt, datt déi positiv Ladung d'elektresch Kraaft an der Richtung vum elektresche Feld erlieft, sou datt déi positiv Ladung no riets a Richtung vun der negativ geluedener Plack beschleunegt gëtt. D'Richtung vun der elektrescher Kraaft no riets, an der Richtung vun der Bewegung vun der Ladung, sou datt déi elektresch Kraaft eng positiv Aarbecht op d'Ladung ausübt. Mathematesch ass d'Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft op déi positiv Ladung ausübt, W = Fd = qEd, woubei W = Aarbecht, F = déi elektresch Kraaft, d = Distanz tëscht den zwou Placken, q = positiv Ladung, E = elektrescht Feld.
Nodeems d'elektresch Ladung bei der negativ geluedener Plack ukomm ass, ass eng extern Kraaft noutwendeg, fir datt déi positiv Ladung nees an hir ursprénglech Positioun bei der negativ geluedener Plack zréckgefouert soll ginn. Wann déi positiv Ladung no lénks a Richtung vun der positiv geluedener Plack beweegt gëtt, bleift déi elektresch Kraaft no riets geriicht, sou datt déi elektresch Kraaft eng negativ Aarbecht op der Ladung mécht. Mathematesch gesinn ass d'Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft op der positiver Ladung gemaach gëtt, W = – Fd = – q Ed.
Déi total Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft op déi positiv Ladung gemaach gëtt, wann d'Ladung sech no riets beweegt an dann erëm no lénks an hir ursprénglech Positioun zréckkënnt, ass W = q E d – q E d = 0. Wann d'Nettoaarbecht vun der Kraaft um Objet gemaach gëtt, wann den Objet sech vu senger ursprénglecher Positioun ewechbeweegt an dann an seng ursprénglech Positioun zréckkënnt, gläich Null, dann ass d'Kraaft eng konservativ Kraaft. Baséierend op der Erklärung uewen, kann een dovun ausgoen, datt déi elektresch Kraaft eng konservativ Kraaft ass.
Elektresch Kraaft an elektresch potenziell Energie
D'Aarbecht, déi vun de konservative Kräften ausgeübt gëtt, hänkt mat Ännerungen an der potenzieller Energie zesummen. Zum Beispill ännert d'Aarbecht, déi vun der Gravitatiounskraaft op engem massenegen Objet ausgeübt gëtt, d'gravitativ potenziell Energie vum massenegen Objet. Och d'Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft an enger elektrescher Ladung ausgeübt gëtt, ännert d'elektresch potenziell Energie vun der Ladung.
Déi positiv Ladung am homogenen elektresche Feld
Déi zwou Biller hei ënnendrënner illustréieren Beispiller vun der Aarbecht, déi vun de konservative Kräften ausgeübt gëtt, déi Ännerungen an der potenzieller Energie verursaachen. D'Erklärung vun der Aarbecht, déi vun der Schwéierkraaft ausgeübt gëtt, an den Ännerungen an der gravitativer potenzieller Energie gëtt als Verglach benotzt.
fir d'Verständnis vun der Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft geleescht gëtt, an den Ännerungen an der elektrescher potenzieller Energie ze erliichteren.
D'Bild lénks weist en Objet, deen fräi Richtung Buedemuewerfläch fällt. Wann en uewen ass, hunn Objeten eng maximal gravitativ potenziell Energie. Wann en no ënnen beweegt, wierkt d'Gravitatiounskraaft op den Objet. D'Richtung vun der Gravitatiounskraaft ass déiselwecht wéi d'Beweegungsrichtung vum Objet, deen no ënnen ass, sou datt d'Gravitatiounskraaft positiv Aarbecht leeschtet. Wann en no ënnen beschleunegt gëtt, hëlt d'Héicht vum Objet of, sou datt d'gravitativ potenziell Energie vum Objet erofgeet. Wann en um Buedem ukënnt, ass d'gravitativ potenziell Energie minimal. Et kann een dovun ausgoen, datt déi positiv Aarbecht, déi vun der Gravitatiounskraaft um Objet leeschtet, d'gravitativ potenziell Energie vum Objet reduzéiert. D'gravitativ potenziell Energie geet net verluer, mä verwandelt sech an kinetesch Energie, wat sech duerch d'Erhéijung vun der Geschwindegkeet vum Objet beim No ënnen beweegen weist.
D'Figur riets weist déi positiv Ladung bei der positiv geluedener Plack. Wann se bei enger positiv geluedener Plack ass, huet déi elektresch potenziell Energie de maximale Wäert. D'Präsenz vun engem elektresche Feld tëscht den zwou Placke bewierkt, datt d'Ladung duerch d'elektresch Kraaft vun der positiv geluedener Plack op déi negativ gelueden Plack beschleunegt gëtt. Wann d'Ladung sech no riets beweegt, ass déi elektresch Kraaft och a Richtung vun der Ladungsverrécklung no riets, sou datt déi elektresch Kraaft positiv Aarbecht leeschtet. Beim Beweegen no riets klëmmt déi kinetesch Energie vun der Ladung, während déi elektresch potenziell Energie erofgeet.
Wann d'elektresch Kraaft an der Géigend vun der Plack mat enger negativer Ladung ukënnt, huet se de Mindestwäert vun der potenzieller elektrescher Energie. Et kann een dovun ausgoen, datt déi positiv Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft op d'Ladung gemaach gëtt, déi elektresch potenziell Energie vun der Ladung reduzéiert. Am Géigendeel, wann déi positiv Ladung zréck an hir ursprénglech Positioun geréckelt gëtt, ännert sech d'Richtung vun der Ladung no lénks, am Géigesaz zu der Richtung vun der elektrescher Kraaft no riets. Wéinst der entgéintgesater Richtung mécht déi elektresch Kraaft eng negativ Aarbecht op déi positiv Ladung. Wann se no lénks beweegt gëtt, klëmmt déi elektresch potenziell Energie. Dofir kann een dovun ausgoen, datt déi negativ Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft op d'Ladung gemaach gëtt, déi elektresch potenziell Energie vun der Ladung erhéicht.
Negativ Ladung am homogenen elektresche Feld
Am Géigesaz zu der positiver Ladung huet déi negativ Ladung déi maximal elektresch potenziell Energie wann se no bei der negativ geluedener Plack ass, an déi minimal elektresch potenziell Energie wann se no bei der positiv geluedener Plack ass. Natierlech beweegt sech déi elektresch Ladung vun engem héije Potenzial op e niddrege Potenzial, sou datt déi negativ Ladung och vun der negativ geluedener Plack op déi positiv gelueden Plack beweegt. D'Richtung vun der Verrécklung vun der negativer Ladung ass no lénks, während d'Richtung vun der elektrescher Kraaft no riets ass, sou datt déi elektresch Kraaft negativ Aarbecht mécht. Wann een no lénks beweegt, hëlt déi elektresch potenziell Energie vun der negativer Ladung of a weist e minimale Wäert op, wann déi negativ Ladung no bei der positiv geluedener Plack kënnt. Et kann een dovun ausgoen, datt déi negativ Aarbecht, déi vun der elektrescher Kraaft gemaach gëtt, déi elektresch potenziell Energie vun der negativer Ladung reduzéiert. Déi elektresch potenziell Energie geet net verluer, mä verwandelt sech a kinetesch Energie, déi sech duerch eng Erhéijung vun der Geschwindegkeet vun der Ladung charakteriséiert, wann se sech op déi positiv gelueden Plack zoubeweegt.
Elektresch potenziell Energie am homogenen elektresche Feld
D'elektresch potenziell Energie vun enger Ladung, wann se sech an enger bestëmmter Positioun befënnt, kann hire Wäert net bekannt sinn. Mee wann d'Ladung vun enger Plaz op déi aner beweegt, kann d'Ännerung vun der elektrescher potenzieller Energie vun der Ladung berechent ginn. Wat also bedeitend ass, ass d'Ännerung vun der potenzieller Energie. D'Ännerungen an der elektrescher potenzieller Energie (ΔEP) kënne bekannt sinn, wann déi positiv Ladung vun der héijer Potenzial (positiv gelueden Plack) op déi niddreg Potenzial (negativ gelueden Plack) beweegt.
Zum Verglach: Wann d'Mango um Still ass, huet se gravitativ potenziell Energie, awer hire Wäert kann net bekannt sinn. Wann d'Mangofruucht duerch Gravitatiounskraaft op de Buedem beschleunegt gëtt, kann d'Ännerung vun der gravitativer potenzieller Energie vun der Mango duerch Berechnung mat der Formel W = ΔEP = mgh bekannt ginn,
wou m = Mass, g = Gravitatiounsbeschleunigung, h = d'Distanz tëscht der Mango an der Uewerfläch vum Buedem.
Och d'Ännerunge vun der elektrescher potenzieller Energie vun enger Ladung kënnen erkannt ginn, wann déi elektresch Kraaft d'Ladung vun engem Punkt zum aneren beschleunegt. Wéi virdru erkläert, wann déi positiv Ladung vun der positiv geluedener Plack op déi negativ gelueden Plack réckelt,
D'Ännerung vun der elektrescher potenzieller Energie gëtt mat der Formel W = ΔEP = q E d berechent, wou q = d'elektresch Ladung, E = dat elektrescht Feld an d = d'Distanz tëscht enger Plaz an enger anerer Plaz. Gläichzäiteg, wann déi negativ Ladung vun der negativ geluedener Plack op déi positiv gelueden Plack wiesselt, gëtt d'Erhéijung vun der elektrescher potenzieller Energie vun der negativer Ladung mat der Formel W = ΔEP = q E d berechent.
Déi elektresch potenziell Energie vun den zwou Punktladungen
D'Ännerungen an der elektrescher potenzieller Energie ginn net nëmme vun der Ladung an engem homogenen elektresche Feld erlieft, mä och vum elektresche Feld, dat vun der eenzeger elektrescher Ladung produzéiert gëtt. Unhuele mer, et gëtt eng eenzeg Ladung Q, déi en elektrescht Feld produzéiert, an eng Ladung vu q huet en Ofstand vun r vun der Ladung Q.
Q = elektresch Ladung, déi en elektrescht Feld verursaacht
q = elektresch Ladung, déi am elektresche Feld, deen duerch d'Ladung Q produzéiert gëtt, verréckelt gëtt
d = r = Distanz vun der Ladung q zur Ladung Q.
Wann béid Ladungen dat selwecht Zeechen hunn, + oder -, dann stoussen déi zwou Ladungen sech géigesäiteg of oder halen sech vuneneen ewech, sou datt d'Ännerungen an der potenzieller Energie positiv sinn (d'elektresch potenziell Energie klëmmt). Dëst ass wéi e massenhaft Objet, dat sech vun der Äerd ewech no uewe beweegt, sou datt seng Héicht an d'gravitativ potenziell Energie zouhuelen. Am Géigendeel, wann d'Zeechen vun deenen zwou Ladungen net datselwecht ass, zéien déi zwou Ladungen sech géigesäiteg oder kommen openeen zou, sou datt d'Ännerung vun der potenzieller Energie negativ ass (d'elektresch potenziell Energie gëtt reduzéiert). Dëst ass wéi e massenhaft Objet, dat sech no ënnen beweegt a sech der Äerduewerfläch uschléisst, sou datt seng Héicht an d'gravitativ potenziell Energie reduzéiert ginn.
Déi elektresch Kraaft ass eng konservativ Kraaft, dofir beaflosst d'Form vum Ladungswee net d'Ännerungen an der elektrescher potenzieller Energie. Wat de Wäert vun den Ännerungen an der elektrescher potenzieller Energie beaflosst, ass d'Ufankspositioun an d'Endpositioun vun der Ladung.
Am nächste Thema gëtt d'elektrescht Potenzial studéiert, physikalesch Gréissten, déi staark mat der elektrescher potenzieller Energie zesummenhänken.
