Artiklu dwar l-enerġija potenzjali elettrika
Qabel ma tistudja dan is-suġġett, l-ewwel ifhem ix-xogħol, il-forzi konservattivi, ir-relazzjoni bejn il-forzi konservattivi mal -enerġija potenzjali , il- forzi elettriċi u l-kamp elettriku.
Il-forza elettrika hija l-forza konservattiva
Minbarra l-forza gravitazzjonali u l-forza tar-rebbiegħa, eżempju ieħor tal-forza konservattiva hija l-forza elettrika. Biex tifhem aħjar għaliex il-forza elettrika tissejjaħ il-forza konservattiva, ifhem l-ispjegazzjoni li ġejja.
Ejja ngħidu li hemm żewġ pjanċi ċċarġjati bl-elettriku kif muri fil-figura, il-pjanċa tax-xellug hija ċċarġjata b'mod pożittiv, u l-pjanċa tal-lemin hija ċċarġjata b'mod negattiv. Il-vleġġa bejn iż-żewġ pjanċi hija l-linji tal-kamp elettriku li joħorġu mill-ċarġ pożittiv lejn il-ċarġ negattiv. Ċarġ pożittiv huwa qrib pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv.
Il-preżenza tal-kamp elettriku tikkawża li ċ-ċarġ pożittiv jesperjenza l-forza elettrika fid-direzzjoni tal-kamp elettriku sabiex iċ-ċarġ pożittiv jiġi aċċellerat lejn il-lemin lejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv. Id-direzzjoni tal-forza elettrika lejn il-lemin, fid-direzzjoni tal-moviment taċ-ċarġ, sabiex il-forza elettrika tagħmel xogħol pożittiv fuq iċ-ċarġ. Matematikament, ix-xogħol magħmul mill-forza elettrika fuq iċ-ċarġ pożittiv huwa W = F d = q E d, fejn W = xogħol, F = il-forza elettrika, d = id-distanza bejn iż-żewġ pjanċi, q = ċarġ pożittiv, E = kamp elettriku.
Wara li tasal ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv, jekk iċ-ċarġ pożittiv irid jerġa' lura għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv, tkun meħtieġa forza esterna. Meta ċ-ċarġ pożittiv jiġi mċaqlaq 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 iċ-ċarġ pożittiv huwa W = – F d = – q E d.
Ix-xogħol totali li jsir mill-forza elettrika fuq iċ-ċarġ pożittiv, meta ċ-ċarġ jiċċaqlaq lejn il-lemin, imbagħad jerġa' jiċċaqlaq lejn ix-xellug għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu, huwa W = q E d – q E d = 0. Jekk ix-xogħol nett isir mill-forza fuq l-oġġett, meta l-oġġett jiċċaqlaq 'il bogħod mill-pożizzjoni oriġinali tiegħu u mbagħad jirritorna għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu, 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 mill-forzi konservattivi huwa relatat ma' bidliet fl-enerġija potenzjali. Pereżempju, ix-xogħol magħmul mill-forza gravitazzjonali fuq oġġett tal-massa jibdel l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-oġġett tal-massa. Bl-istess mod, ix-xogħol magħmul mill-forza elettrika f'ċarġ elettriku jibdel l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ.
Iċ-ċarġ pożittiv fil-kamp elettriku omoġenju
Iż-żewġ immaġini t'hawn taħt juru eżempji ta' xogħol magħmul mill-forzi konservattivi li jikkawżaw bidliet fl-enerġija potenzjali. L-ispjegazzjoni tax-xogħol magħmul mill-forza tal-gravità u l-bidliet fl-enerġija potenzjali gravitazzjonali tintuża bħala paragun,
biex tiffaċilita l-fehim tax-xogħol li jsir mill-forza elettrika u l-bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika.
L-immaġni fuq ix-xellug turi oġġett jaqa' liberament lejn il-wiċċ tal-art. Meta jkunu fil-quċċata, l-oġġetti jkollhom l-akbar enerġija potenzjali gravitazzjonali. Meta jiċċaqalqu 'l isfel, il-forza gravitazzjonali taġixxi fuq l-oġġett. Id-direzzjoni tal-forza gravitazzjonali hija l-istess bħad-direzzjoni tal-moviment tal-oġġett li jkun 'l isfel sabiex il-forza gravitazzjonali tagħmel xogħol pożittiv. Meta jiġi aċċellerat 'l isfel, l-għoli tal-oġġett jonqos sabiex l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-oġġett tonqos. Meta jasal fl-art, l-enerġija potenzjali gravitazzjonali hija minima. Jista' jiġi konkluż li x-xogħol pożittiv magħmul mill-forza gravitazzjonali fuq l-oġġett inaqqas l-enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-oġġett. L-enerġija potenzjali gravitazzjonali ma tintilifx iżda tinbidel f'enerġija kinetika, li hija indikata miż-żieda fil-veloċità tal-oġġett meta jiċċaqlaq 'l isfel.
Il-figura fuq il-lemin turi l-ċarġ pożittiv ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv. Meta tkun ħdejn pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv, l-enerġija potenzjali elettrika għandha l-valur massimu. Il-preżenza ta' kamp elettriku bejn iż-żewġ pjanċi tikkawża li l-ċarġ jiġi aċċellerat mill-forza elettrika mill-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv għall-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv. Meta l-ċarġ jiċċaqlaq lejn il-lemin, il-forza elettrika tkun ukoll fid-direzzjoni tal-ispostament tal-ċarġ lejn il-lemin, sabiex il-forza elettrika tagħmel xogħol pożittiv. Waqt li tiċċaqlaq lejn il-lemin, l-enerġija kinetika tal-ċarġ tiżdied filwaqt li l-enerġija potenzjali elettrika tonqos.
Mal-wasla ħdejn il-pjanċa b'ċarġ negattiv, l-enerġija elettrika potenzjali jkollha l-valur minimu. Jista' jiġi konkluż li x-xogħol pożittiv magħmul mill-forza elettrika fuq iċ-ċarġ inaqqas l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ. Bil-maqlub, jekk iċ-ċarġ pożittiv jiġi mċaqlaq lura għall-pożizzjoni oriġinali tiegħu allura d-direzzjoni taċ-ċarġ tinbidel lejn ix-xellug, opposta għad-direzzjoni tal-forza elettrika lejn il-lemin. Minħabba d-direzzjoni opposta, il-forza elettrika tagħmel xogħol negattiv fuq iċ-ċarġ pożittiv. Meta tiċċaqlaq lejn ix-xellug, l-enerġija potenzjali elettrika tiżdied. Għalhekk, jista' jiġi konkluż li x-xogħol negattiv magħmul mill-forza elettrika fuq iċ-ċarġ iżid l-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ.
Ċarġ negattiv fil-kamp elettriku omoġenju
B'differenza mill-ċarġ pożittiv, il-ċarġ negattiv għandu l-massimu ta' enerġija potenzjali elettrika meta jkun ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv u l-minimu ta' enerġija potenzjali elettrika meta jkun ħdejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv. Naturalment, il-ċarġ elettriku jiċċaqlaq minn potenzjal għoli għal potenzjal baxx, għalhekk il-ċarġ negattiv jiċċaqlaq ukoll mill-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv għall-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv. Id-direzzjoni tal-ispostament tal-ċarġ negattiv hija lejn ix-xellug, filwaqt li d-direzzjoni tal-forza elettrika hija lejn il-lemin sabiex 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 tinbidel f'enerġija kinetika li hija kkaratterizzata minn żieda fil-veloċità tal-ċarġ meta jiċċaqlaq lejn il-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv.
Enerġija potenzjali elettrika fil-kamp elettriku omoġenju
L-enerġija potenzjali elettrika ta' ċarġ meta l-ċarġ ikun f'ċerta pożizzjoni, il-valur tiegħu ma jistax ikun magħruf. Imma jekk il-ċarġ jiċċaqlaq minn post għall-ieħor, tista' tiġi kkalkulata l-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika tal-ċarġ. Għalhekk, dak li huwa sinifikanti hija l-bidla fl-enerġija potenzjali. Il-bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika (ΔEP) jistgħu jkunu magħrufa meta l-ċarġ pożittiv jiċċaqlaq minn potenzjal għoli (pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv) għal potenzjal baxx (pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv).
Għal paragun, meta l-mango jkun fuq iz-zokk tiegħu, il-mango jkollu enerġija potenzjali gravitazzjonali, iżda l-valur tiegħu ma jistax ikun magħruf. Jekk il-frott tal-mango jiġi aċċellerat lejn l-art bil-forza gravitazzjonali, il-bidla fl-enerġija potenzjali gravitazzjonali tal-mango tista' tkun magħrufa permezz ta' kalkolu bl-użu tal-formula W = ΔEP = mgh,
fejn m = massa, g = aċċelerazzjoni gravitazzjonali, h = id-distanza bejn il-mango u l-wiċċ tal-art.
Bl-istess mod, il-bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika ta' ċarġ jistgħu jkunu magħrufa meta l-forza elettrika taċċellera ċ-ċarġ minn punt għall-ieħor. Kif spjegat qabel, jekk iċ-ċarġ pożittiv jiċċaqlaq mill-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv għall-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv,
Il-bidla fl-enerġija potenzjali elettrika hija kkalkulata bl-użu tal-formula W = ΔEP = q E d, fejn q = iċ-ċarġ elettriku, E = il-kamp elettriku u d = id-distanza bejn post u post ieħor. Bl-istess mod, jekk iċ-ċarġ negattiv jiċċaqlaq mill-pjanċa ċċarġjata b'mod negattiv għall-pjanċa ċċarġjata b'mod pożittiv, iż-żieda fl-enerġija potenzjali elettrika taċ-ċarġ negattiv hija kkalkulata bl-użu tal-formula W = ΔEP = q E d.
L-enerġija potenzjali elettrika taż-żewġ ċċarġijiet puntwali
Il-bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika mhux biss jiġu esperjenzati mill-ċarġ f'kamp elettriku omoġenju, iżda wkoll mill-kamp elettriku prodott mill-ċarġ elettriku wieħed. Ejja ngħidu li hemm ċarġ wieħed Q li jipproduċi kamp elettriku u ċarġ ta' q għandu distanza ta' r mill-ċarġ Q.
Q = ċarġ elettriku li jikkawża kamp elettriku
q = ċarġ elettriku li jiġi spostat fil-kamp elettriku prodott miċ-ċarġ Q
d = 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 iżommu 'l bogħod minn xulxin sabiex il-bidliet fl-enerġija potenzjali jkunu pożittivi (l-enerġija potenzjali elettrika tiżdied). Dan huwa bħal oġġett tal-massa li jiċċaqlaq 'il fuq 'il bogħod mid-dinja sabiex l-għoli tiegħu u l-enerġija potenzjali gravitazzjonali jiżdiedu. Bil-maqlub, jekk is-sinjal taż-żewġ kariġi ma jkunx l-istess, iż-żewġ kariġi jiġbdu lil xulxin jew jersqu lejn xulxin sabiex il-bidla fl-enerġija potenzjali tkun negattiva (l-enerġija potenzjali elettrika titnaqqas). Dan huwa bħal oġġett tal-massa li jiċċaqlaq 'l isfel u joqrob lejn il-wiċċ tad-dinja sabiex l-għoli tiegħu u l-enerġija potenzjali gravitazzjonali jitnaqqsu.
Il-forza elettrika hija forza konservattiva, għalhekk il-forma tal-mogħdija taċ-ċarġ ma taffettwax il-bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika. Dak li jinfluwenza l-valur tal-bidliet fl-enerġija potenzjali elettrika, hija l-pożizzjoni inizjali u l-pożizzjoni finali taċ-ċarġ.
Fis-suġġett li jmiss se jiġi studjat il-potenzjal elettriku, kwantitajiet fiżiċi li huma relatati ħafna mal-enerġija potenzjali elettrika.
