Qabel ma tistudja dan is-suġġett, l-ewwel ifhem il-materjal dwar il-fiżika , il-forzi konservattivi , iċ-ċarġ elettriku , il-liġi ta' Coulomb u l-kampi elettriċi.
Il-forza elettrika hija forza konservattiva
Minbarra l-forza gravitazzjonali u l-forza tar-rebbiegħa, eżempju ieħor ta’ forza konservattiva hija l-forza elettrika. Biex tifhem aħjar għaliex il-forza elettrika tissejjaħ forza konservattiva, aqra l-ispjegazzjoni li ġejja.
Ejja ngħidu li hemm żewġ pjanċi ċċarġjati bl-elettriku kif muri fl-istampa, il-pjanċa tax-xellug hija ċċarġjata b'mod pożittiv u l-pjanċa tal-lemin hija ċċarġjata b'mod negattiv.n negattiv. Il-vleġġa bejn iż-żewġ pjanċi huma linji tal-kamp elettriku yang minn ċarġ pożittiv lejn ċarġ negattiv. Ċarġ pożittiv ikun ħdejn pjanċa b'ċarġ pożittiv.
Il-preżenza ta' kamp elettriku tikkawża li ċarġ pożittiv jesperjenza forza elettrika fl-istess direzzjoni bħall-kamp elettriku, sabiex iċ-ċarġ pożittiv jiġi aċċellerat lejn il-lemin lejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv. Id-direzzjoni tal-forza elettrika hija lejn il-lemin, fl-istess direzzjoni bħad -direzzjoni tal-moviment taċ-ċarġ, sabiex il-forza elettrika tagħmel xogħol pożittiv fuq iċ-ċarġ. Matematikament, ix-xogħol magħmul mill-forza elettrika fuq ċarġ pożittiv huwa W = F s = q E s, fejn W = xogħol, F = forza elettrika, s = distanza bejn iż-żewġ pjanċi, q = ċarġ pożittiv, E = kamp elettriku.
Wara li tasal ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv, jekk ċarġ pożittiv irridritornjista 'jkun għall-pożizzjoni oriġinali tagħha qrib pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv allura l-istil tiegħek huwa meħtieġar. Meta l-ċarġ ikun pożittiv imċaqlaq lejn ix-xellug lejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv, il-forza elettrika tibqa' diretta lejn il-lemin sabiex il-forza elettrika tagħmel xogħol negattiv fuq iċ-ċarġ. Matematikament, ix-xogħol magħmul mill-forza elettrika fuq ċarġ pożittiv huwa W = – F s = – q E s.
Ix -xogħol totali li jsir mill-forza elettrika fuq ċarġ pożittiv, meta ċ-ċarġ jiċċaqlaq lejn il-lemin u mbagħad jerġa' jiċċaqlaq lejn ix-xellug għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu huwa W = q E s – q E s = 0. Jekk ix-xogħol totali li jsir minn forza fuq oġġett, meta l-oġġett jiċċaqlaq 'il bogħod mill-pożizzjoni oriġinali tiegħu u mbagħad jirritorna għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu, huwa ugwali għal żero, allura l-forza hija forza konservattiva. Abbażi tal-ispjegazzjoni ta' hawn fuq, jista' jiġi konkluż li l-forza elettrika hija forza konservattiva.
Forza elettrika u enerġija potenzjali elettrika
Ix-xogħol magħmul minn forza konservattiva huwa relatat mal-bidla fl-enerġija potenzjali. Pereżempju, ix-xogħol magħmul mill-forza gravitazzjonali fuq massa jibdel l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-massa. Bl-istess mod, ix-xogħol magħmul minn forza elettrika fuq ċarġ elettriku jibdel l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ.
Ċarġ pożittiv f'kamp elettriku omoġenju
Iż-żewġ figuri t'hawn taħt juru eżempji ta' xogħol magħmul minn forza konservattiva li tikkawża bidla fl-enerġija potenzjali. L-ispjegazzjonijiet tax-xogħol magħmul mill-forza gravitazzjonali u l-bidla fl-enerġija potenzjali gravitazzjonali jintużaw bħala paragun biex jiffaċilitaw il-fehim tax-xogħol magħmul mill-forza elettrika u l-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika.
L-immaġni fuq ix-xellug turi oġġett jaqa'. bebas lejn il-wiċċ tal-art. Meta jkun f'għoli, oġġett ikollu l-massimu ta' enerġija potenzjali gravitazzjonali. Meta oġġett jiċċaqlaq 'l isfel, il-forza tal-gravità taġixxi fuqu. Id-direzzjoni tal-forza gravitazzjonali hija l-istess bħad-direzzjoni tal-ispostament tal-oġġett, jiġifieri 'l isfel, għalhekk il-forza gravitazzjonali tagħmel xogħol pożittiv. Meta oġġett jaċċelera 'l isfel, l-għoli tiegħu jonqos, u b'hekk titnaqqas l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tiegħu. Meta jkun wasal biex jilħaq l-art, l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tkun fil-valur minimu tagħha. Jista' jiġi konkluż li x-xogħol pożittiv li jsir mill-forza gravitazzjonali fuq oġġett inaqqas l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-oġġett. L-enerġija potenzjali gravitazzjonali ma tintilifx iżda tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika, li hija indikata mill-veloċità dejjem tiżdied tal-oġġett meta jiċċaqlaq 'l isfel.
L-immaġni fuq il-lemin turi ċarġ pożittiv.f hija qrib pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv. Meta tkun qrib pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv, l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ tkun fil-massimu tagħha. Il-preżenza ta' kamp elettriku bejn iż-żewġ pjanċi tikkawża li ċ-ċarġ jiġi aċċellerat mill-forza elettrika minn pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv għal pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv. Meta it-tagħbija tiċċaqlaq lejn il-lemin, forza elettrika ukoll fl-istess direzzjoni bħal L-ispostament taċ-ċarġ huwa lejn il-lemin, sabiex il-forza elettrika tagħmel xogħol pożittiv. Waqt li tkun miexi lejn il-lemin, l-enerġija kinetika taċ-ċarġ tiżdied filwaqt li l-enerġija potenzjali elettrika tonqos. Meta jasal ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv, l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ tkun fil-valur minimu tagħha. Jista' jiġi konkluż li x-xogħol pożittiv magħmul mill-forza elettrika fuq muatan, tnaqqas l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ. Sgħall-kuntrarju, jika iċ-ċarġ pożittiv jiġi mċaqlaq lura għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu allura d-direzzjoni tat-trasferiment taċ-ċarġ hija lejn ix-xellug, opposta għad-direzzjoni forza elettrika lejn il-leminnMinħabba li l-forza elettrika taġixxi f'direzzjonijiet opposti, tagħmel xogħol negattiv fuq iċ-ċarġ pożittiv. Hekk kif tiċċaqlaq lejn ix-xellug, l-enerġija potenzjali elettrika tiżdied. Għalhekk, jista' jiġi konkluż li x-xogħol negattiv li jsir mill-forza elettrika fuq iċ-ċarġ iżid l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ.
Ċarġ negattiv f'kamp elettriku omoġenju
B'differenza mill-kargi pożittivi, il-kargi negattivi għandhom l-akbar enerġija potenzjali elettrika meta jkunu ħdejn pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv u l-inqas enerġija potenzjali elettrika meta jkunu ħdejn pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv. Naturalment, il-kargi elettriċi jiċċaqalqu b'mod naturali minn potenzjal għoli għal potenzjal baxx, għalhekk il-kargi negattivi jiċċaqalqu wkoll minn pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv għal pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv. Id-direzzjoni tal-moviment tal-ċarġ negattiv hija lejn ix-xellug, filwaqt li d-direzzjoni tal-forza elettrika hija lejn il-lemin, għalhekk il-forza elettrika tagħmel xogħol negattiv. Meta tiċċaqlaq lejn ix-xellug, l-enerġija potenzjali elettrika tal-ċarġ negattiv tonqos u jkollha valur minimu meta l-ċarġ negattiv jasal ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv. Jista' jiġi konkluż li x-xogħol negattiv magħmul mill-forza elettrika jnaqqas l-enerġija potenzjali elettrika tal-ċarġ negattiv. L-enerġija potenzjali elettrika ma tintilifx iżda tiġi kkonvertita f'enerġija kinetika, li hija indikata mill-veloċità dejjem tiżdied tal-ċarġ meta jiċċaqlaq lejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv.
Enerġija potenzjali elettrika f'kamp elettriku omoġenju
L-enerġija potenzjali elettrika ta' ċarġ meta jkun f'pożizzjoni partikolari mhix magħrufa. Madankollu, jekk iċ-ċarġ jiċċaqlaq minn post għall-ieħor, il-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika tiegħu tista' tiġi ddeterminata. Għalhekk, dak li jimporta hija l-bidla fl-enerġija potenzjali (ΔEP).
Għal paragun, meta mango jkun fuq iz-zokk tiegħu, ikollu enerġija potenzjali gravitazzjonali iżda l-valur tiegħu ma jistax ikun magħruf. Jekk il-mango jiġi aċċellerat lejn l-art bil-forza tal-gravità, it-tnaqqis fl -enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-mango jista' jiġi determinat permezz ta' kalkoli bl-użu tal-formula W = Δ EP = mgh, fejn m = massa, g = aċċelerazzjoni gravitazzjonali, h hija d-distanza bejn iz-zokk tal-mango u l-wiċċ tal-art.
Bl-istess mod, il-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika ta' ċarġ tista' tkun magħrufa meta ċ-ċarġ jiġi aċċellerat minn forza elettrika minn punt għall-ieħor. Kif spjegat qabel, jekk ċarġ pożittiv jiċċaqlaq minn pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv għal pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv, it-tnaqqis fl -enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ jiġi kkalkulat bl-użu tal-formula W = Δ EP = q E s, fejn q = ċarġ elettriku, E = kamp elettriku u s hija d-distanza bejn iż-żewġ pjanċi jew id-distanza bejn post u ieħor. Bl-istess mod, jekk ċarġ negattiv jiċċaqlaq minn pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv għal pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv, iż-żieda fl -enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ negattiv tiġi kkalkulata bl-użu tal-formula W = ΔEP = q E s.
Enerġija potenzjali elettrika ta' żewġ ċċarġijiet puntwali
Bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika mhux biss jiġu esperjenzati minn karigi f'kamp elettriku omoġenju, iżda wkoll fil-kamp elettriku prodott minn ċarġ elettriku wieħed. Ejja ngħidu li hemm ċarġ wieħed Q li jipproduċi kamp elettriku u ċ-ċarġ q jinsab f'distanza r miċ-ċarġ Q.
Informazzjoni : k (il-kostanti ta' Coulomb) = 9 x 109 Nm2/C2, Q = ċarġ elettriku li joħloq kamp elettriku, q = ċarġ elettriku li jesperjenza spostament fil-kamp elettriku ġġenerat miċ-ċarġ Q, s = r = id-distanza taċ-ċarġ q miċ-ċarġ Q.
Jekk iż-żewġ kariġi għandhom l-istess sinjal, + jew –, allura ż-żewġ kariġi jirripellaw lil xulxin jew jitbiegħdu minn xulxin sabiex il-bidla fl-enerġija potenzjali tkun pożittiva (l-enerġija potenzjali elettrika tiżdied). Dan huwa simili għal oġġett tal-massa li jiċċaqlaq 'il fuq 'il bogħod mid-dinja sabiex l-għoli u l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tiegħu jiżdiedu. Bil-maqlub, jekk iż-żewġ kariġi għandhom sinjali differenti, iż-żewġ kariġi jattiraw lil xulxin jew jersqu eqreb lejn xulxin sabiex il-bidla fl-enerġija potenzjali tkun negattiva (l-enerġija potenzjali elettrika tonqos). Dan huwa simili għal oġġett tal-massa li jiċċaqlaq 'l isfel lejn id-dinja sabiex l-għoli u l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tiegħu jonqsu.
Il-forza elettrika hija forza konservattiva, għalhekk il-forma tal-mogħdija taċ-ċarġ m'għandha l-ebda effett fuq il-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika. Dak li jaffettwa l-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika huma l-pożizzjonijiet inizjali u finali taċ-ċarġ.
Fit-tema li jmiss, se nirrevedu l-potenzjal elettriku , kwantità fiżika li hija relatata mill-qrib mal -enerġija potenzjali elettrika.
