Пред да ја изучувате оваа тема, прво разберете го материјалот за физиката , конзервативните сили , електричниот полнеж , Кулоновиот закон и електричните полиња.
Електричната сила е конзервативна сила
Освен гравитационата сила и силата на пружината, друг пример за конзервативна сила е електричната сила. За подобро да разберете зошто електричната сила се нарекува конзервативна сила, прочитајте го следното објаснување.
Да претпоставиме дека има две електрично наелектризирани плочи како што е прикажано на сликата, левата плоча е позитивно наелектризирана, а десната плоча е негативно наелектризирана.n негативно. Стрелката помеѓу обете плочи се линии на електричното поле јанг од позитивен полнеж кон негативен полнеж. Позитивен полнеж е во близина на позитивно наелектризирана плоча.
Присуството на електрично поле предизвикува позитивниот полнеж да доживее електрична сила во иста насока како и електричното поле, така што позитивниот полнеж се забрзува надесно кон негативно наелектризираната плоча. Насоката на електричната сила е надесно, во иста насока како и насоката на движење на полнежот, така што електричната сила врши позитивна работа на полнежот. Математички, работата што ја врши електричната сила на позитивен полнеж е W = F s = q E s, каде што W = работа, F = електрична сила, s = растојание помеѓу двете плочи, q = позитивен полнеж, E = електрично поле.
Откако ќе пристигнете во близина на негативно наелектризираната плоча, ако позитивен полнеж сакам давраќањеможе да биде до својата првобитна положба во близина позитивно наелектризирана плоча тогаш вашиот стил е потребенар. Кога полнежот е позитивен преместен лево кон позитивно наелектризираната плоча, електричната сила останува насочена надесно, така што електричната сила врши негативна работа на полнежот. Математички, работата што ја врши електричната сила на позитивен полнеж е W = – F s = – q E s.
Вкупната работа што ја врши електричната сила врз позитивен полнеж, кога полнежот се движи надесно, а потоа повторно се движи налево во својата првобитна положба, е W = q E s – q E s = 0. Ако вкупната работа што ја врши силата врз некој предмет, кога предметот се оддалечува од својата првобитна положба, а потоа се враќа во својата првобитна положба, е еднаква на нула, тогаш силата е конзервативна сила. Врз основа на горенаведеното објаснување, може да се заклучи дека електричната сила е конзервативна сила.
Електрична сила и електрична потенцијална енергија
Работата извршена од конзервативна сила е поврзана со промената на потенцијалната енергија. На пример, работата извршена од гравитационата сила врз масата ја менува гравитационата потенцијална енергија на масата. Слично на тоа, работата извршена од електрична сила врз електричен полнеж ја менува електричната потенцијална енергија на полнежот.
Позитивен полнеж во хомогено електрично поле
Двете слики подолу илустрираат примери за работата извршена од конзервативна сила што предизвикува промена на потенцијалната енергија. Објаснувањата за работата извршена од гравитационата сила и промената на гравитационата потенцијална енергија се користат како споредба за да се олесни разбирањето на работата извршена од електричната сила и промената на електричната потенцијална енергија.
Сликата лево покажува како паѓа предмет. бебас кон површината на земјата. Кога е на висина, објектот има максимална гравитациона потенцијална енергија. Кога некој објект се движи надолу, силата на гравитацијата дејствува врз него. Насоката на гравитационата сила е иста како и насоката на поместување на објектот, имено надолу, па затоа гравитационата сила врши позитивна работа. Кога некој објект забрзува надолу, неговата висина се намалува, со што се намалува неговата гравитациона потенцијална енергија. Кога е пред да ја достигне земјата, гравитационата потенцијална енергија е на својата минимална вредност. Може да се заклучи дека позитивната работа што ја врши гравитационата сила врз објектот ја намалува гравитационата потенцијална енергија на објектот. Гравитациската потенцијална енергија не се губи, туку се претвора во кинетичка енергија, што е означено со зголемувањето на брзината на објектот кога се движи надолу.
Сликата од десно покажува позитивен полнеж.f е во близина на позитивно наелектризирана плоча. Кога е во близина на позитивно наелектризирана плоча, електричната потенцијална енергија на полнежот е максимална. Присуството на електрично поле помеѓу двете плочи предизвикува полнежот да се забрзува под дејство на електричната сила од позитивно наелектризирана плоча до негативно наелектризирана плоча. Кога товарот се движи надесно, електрична сила исто така во иста насока како поместувањето на полнежот е надесно, така што електричната сила врши позитивна работа. Додека се движите десно, кинетичката енергија на полнежот се зголемува, додека електричната потенцијална енергија се намалува. Кога ќе пристигне во близина на негативно наелектризираната плоча, електричната потенцијална енергија на полнежот е на својата минимална вредност. Може да се заклучи дека позитивната работа што ја врши електричната сила врз товар, намалувајќи ја електричната потенцијална енергија на полнежот. Sнапротив, џика позитивниот полнеж се враќа во првобитната положба тогаш насоката на пренос на полнеж е лево, спротивна од насоката електрична сила надесноnБидејќи електричната сила дејствува во спротивни насоки, таа врши негативна работа на позитивниот полнеж. Како што се движи налево, електричната потенцијална енергија се зголемува. Затоа, може да се заклучи дека негативната работа што ја врши електричната сила врз полнежот ја зголемува електричната потенцијална енергија на полнежот.
Негативен полнеж во хомогено електрично поле
За разлика од позитивните полнежи, негативните полнежи имаат максимална електрична потенцијална енергија кога се во близина на негативно наелектризирана плоча и минимална електрична потенцијална енергија кога се во близина на позитивно наелектризирана плоча. Секако, електричните полнежи природно се движат од висок потенцијал кон низок потенцијал, па затоа и негативните полнежи се движат од негативно наелектризирана плоча кон позитивно наелектризирана плоча. Насоката на движење на негативниот полнеж е налево, додека насоката на електричната сила е надесно, па затоа електричната сила врши негативна работа. Кога се движи налево, електричната потенцијална енергија на негативниот полнеж се намалува и има минимална вредност кога негативниот полнеж ќе пристигне во близина на позитивно наелектризираната плоча. Може да се заклучи дека негативната работа што ја врши електричната сила ја намалува електричната потенцијална енергија на негативниот полнеж. Електричната потенцијална енергија не се губи, туку се претвора во кинетичка енергија, што е означено со зголемувањето на брзината на полнежот кога се движи кон позитивно наелектризираната плоча.
Електрична потенцијална енергија во хомогено електрично поле
Електричната потенцијална енергија на полнежот кога е во одредена положба е непозната. Меѓутоа, ако полнежот се движи од една локација на друга, може да се одреди промената на неговата електрична потенцијална енергија. Затоа, она што е важно е промената на потенцијалната енергија (ΔEP).
За споредба, кога мангото е на своето стебло, тоа има гравитациска потенцијална енергија, но нејзината вредност не може да се знае. Ако мангото е забрзано кон земјата со силата на гравитацијата, намалувањето на гравитациската потенцијална енергија на мангото може да се одреди преку пресметки со користење на формулата W = Δ EP = mgh, каде што m = маса, g = гравитациско забрзување, h е растојанието помеѓу стеблото на мангото и површината на земјата.
Слично на тоа, промената на електричната потенцијална енергија на полнежот може да се знае кога полнежот е забрзан со електрична сила од една точка до друга. Како што беше објаснето претходно, ако позитивен полнеж се движи од позитивно наелектризирана плоча на негативно наелектризирана плоча, намалувањето на електричната потенцијална енергија на полнежот се пресметува со помош на формулата W = Δ EP = q E s, каде што q = електричен полнеж, E = електрично поле и s е растојанието помеѓу двете плочи или растојанието помеѓу едно место и друго. Слично на тоа, ако негативен полнеж се движи од негативно наелектризирана плоча на позитивно наелектризирана плоча, зголемувањето на електричната потенцијална енергија на негативниот полнеж се пресметува со помош на формулата W = ΔEP = q E s.
Електрична потенцијална енергија на два точкести полнежи
Промените во електричната потенцијална енергија не се јавуваат само кај полнежите во хомогено електрично поле, туку и во електричното поле произведено од еден електричен полнеж. Да претпоставиме дека постои еден полнеж Q што произведува електрично поле и полнежот q е на растојание r од полнежот Q.
Информации: k (Кулонова константа) = 9 x 109 Nm2/C2, Q = електричен полнеж што создава електрично поле, q = електричен полнеж што доживува поместување во електричното поле генерирано од полнежот Q, s = r = растојанието на полнежот q од полнежот Q.
Ако двата полнежи имаат ист знак, + или –, тогаш двата полнежи се одбиваат едни со други или се оддалечуваат еден од друг, така што промената на потенцијалната енергија е позитивна (електричната потенцијална енергија се зголемува). Ова е слично на масен објект кој се движи нагоре подалеку од Земјата, така што неговата висина и гравитациска потенцијална енергија се зголемуваат. Обратно, ако двата полнежи имаат различни знаци, двата полнежи се привлекуваат едни со други или се приближуваат еден до друг, така што промената на потенцијалната енергија е негативна (електричната потенцијална енергија се намалува). Ова е слично на масен објект кој се движи надолу кон Земјата, така што неговата висина и гравитациска потенцијална енергија се намалуваат.
Електричната сила е конзервативна сила, па затоа обликот на патеката на полнежот нема ефект врз промената на електричната потенцијална енергија. Она што влијае на промената на електричната потенцијална енергија се почетната и крајната положба на полнежот.
Во следната тема, ќе го разгледаме електричниот потенцијал , физичка величина која е тесно поврзана со електричната потенцијална енергија.
