Мақола дар бораи энергияи потенсиали электрикӣ
Пеш аз омӯзиши ин мавзӯъ, аввал кор, қувваҳои консервативӣ, робитаи байни қувваҳои консервативӣ бо энергияи потенсиалӣ , қувваҳои электрикӣ ва майдони электрикиро фаҳмед.
Қувваи барқӣ қувваи консервативӣ аст
Илова бар қувваи ҷозиба ва қувваи пружинӣ, мисоли дигари қувваи консервативӣ қувваи электрикӣ мебошад. Барои беҳтар фаҳмидани он ки чаро қувваи электрикӣ қувваи консервативӣ номида мешавад, шарҳи зеринро фаҳмед.
Фарз мекунем, ки ду плитаи барқӣ мавҷуд аст, чунон ки дар расм нишон дода шудааст, плитаи чап заряди мусбат ва плитаи рост заряди манфӣ дорад. Тире, ки байни ду плита нишон медиҳад, хатҳои майдони барқӣ мебошанд, ки аз заряди мусбат ба сӯи заряди манфӣ мебароянд. Заряди мусбат дар наздикии плитаи барқии заряди мусбат ҷойгир аст.
Мавҷудияти майдони электрикӣ боис мешавад, ки заряди мусбат дар самти майдони электрикӣ қувваи электрикиро эҳсос кунад, то ки заряди мусбат ба самти рост ба сӯи плитаи заряди манфӣ суръат гирад. Самти қувваи электрикӣ ба самти рост, дар самти ҳаракати заряд, то ки қувваи электрикӣ кори мусбатро ба заряд анҷом диҳад. Аз ҷиҳати математикӣ, кори анҷомдодашуда аз ҷониби қувваи электрикӣ ба заряди мусбат W = F d = q E d аст, ки дар он W = кор, F = қувваи электрикӣ, d = масофа байни ду плита, q = заряди мусбат, E = майдони электрикӣ.
Пас аз расидан ба наздикии лавҳаи заряди манфӣ, агар заряди мусбат ба мавқеи аввалаи худ дар наздикии лавҳаи заряди манфӣ баргардонида шавад, қувваи беруна лозим аст. Вақте ки заряди мусбат ба тарафи чап ба сӯи лавҳаи заряди мусбат ҳаракат мекунад, қувваи электрикӣ ба тарафи рост равона карда мешавад, то ки қувваи электрикӣ кори манфӣ ба заряд эҷод кунад. Аз нигоҳи математикӣ, кори қувваи электрикӣ ба заряди мусбат W = – F d = – q E d аст.
Кори умумии қувваи электрикӣ ба заряди мусбат, вақте ки заряд ба тарафи рост ҳаракат мекунад ва сипас боз ба тарафи чап ба мавқеи аввалаи худ ҳаракат мекунад, W = q E d – q E d = 0 аст. Агар кори холис аз ҷониби қуввае, ки ба ҷисм таъсир мекунад, иҷро карда шавад, вақте ки ҷисм аз мавқеи аввалаи худ дур мешавад ва сипас ба мавқеи аввалаи худ, ки ба сифр баробар аст, бармегардад, пас қувва қувваи консервативӣ аст. Бар асоси шарҳи дар боло овардашуда, метавон хулоса кард, ки қувваи электрикӣ қувваи консервативӣ аст.
Қувваи барқӣ ва энергияи потенсиалии барқӣ
Коре, ки қувваҳои консервативӣ анҷом медиҳанд, бо тағйирот дар энергияи потенсиалӣ алоқаманд аст. Масалан, кори қувваи ҷозиба ба як ҷисми массавӣ энергияи потенсиалии ҷозибаи ҷисми массавиро тағйир медиҳад. Ба ҳамин монанд, кори қувваи электрикӣ дар заряди электрикӣ энергияи потенсиалии электрикии зарядро тағйир медиҳад.
Заряди мусбат дар майдони электрикии якхела
Ду тасвири зер мисолҳои кори қувваҳои консервативиро нишон медиҳанд, ки боиси тағйирот дар энергияи потенсиалӣ мегарданд. Шарҳи кори анҷомдодашуда аз ҷониби қувваи ҷозиба ва тағйирот дар энергияи потенсиалии ҷозиба ҳамчун муқоиса истифода мешавад,
барои осон кардани фаҳмиши кори қувваи электрикӣ ва тағйирот дар энергияи потенсиали электрикӣ.
Дар тасвири тарафи чап объекте нишон дода шудааст, ки ба рӯи замин озодона меафтад. Вақте ки объектҳо дар боло қарор доранд, энергияи потенсиалии ҷозибаи максималӣ доранд. Ҳангоми ҳаракат ба поён, қувваи ҷозиба ба объект таъсир мерасонад. Самти қувваи ҷозиба бо самти ҳаракати объекте, ки дар поён аст, якхела аст, то ки қувваи ҷозиба кори мусбатро иҷро кунад. Ҳангоми суръат гирифтан ба поён, баландии объект коҳиш меёбад, то ки энергияи потенсиалии ҷозибаи объект кам шавад. Ҳангоми расидан ба замин, энергияи потенсиалии ҷозиба ҳадди ақал аст. Хулоса кардан мумкин аст, ки кори мусбате, ки қувваи ҷозиба ба объект анҷом медиҳад, энергияи потенсиалии ҷозибаи объектро кам мекунад. Энергияи потенсиалии ҷозиба гум намешавад, балки ба энергияи кинетикӣ табдил меёбад, ки бо афзоиши суръати объект ҳангоми ҳаракат ба поён нишон дода мешавад.
Дар расми тарафи рост заряди мусбат дар наздикии пластинаи заряди мусбат нишон дода шудааст. Вақте ки дар наздикии пластинаи заряди мусбат қарор дорад, энергияи потенсиали электрикӣ арзиши максималӣ дорад. Мавҷудияти майдони электрикӣ байни ду пластина боиси суръат гирифтани заряд аз ҷониби қувваи электрикӣ аз пластинаи заряди мусбат ба пластинаи заряди манфӣ мегардад. Вақте ки заряд ба тарафи рост ҳаракат мекунад, қувваи электрикӣ низ дар самти ҷойивазкунии заряд ба тарафи рост аст, то ки қувваи электрикӣ кори мусбатро иҷро кунад. Ҳангоми ҳаракат ба тарафи рост, энергияи кинетикии заряд меафзояд, дар ҳоле ки энергияи потенсиали электрикӣ кам мешавад.
Ҳангоми наздик шудан ба лавҳа бо заряди манфӣ, энергияи потенсиалии электрикӣ арзиши ҳадди ақалро дорад. Хулоса кардан мумкин аст, ки кори мусбати қувваи электрикӣ ба заряд энергияи потенсиалии электрикии зарядро кам мекунад. Баръакс, агар заряди мусбат ба мавқеи аввалаи худ баргардонида шавад, самти заряд ба тарафи чап, баръакси самти қувваи электрикӣ ба тарафи рост, тағйир меёбад. Аз сабаби самти муқобил, қувваи электрикӣ ба заряди мусбат кори манфӣ мекунад. Ҳангоми ҳаракат ба тарафи чап, энергияи потенсиалии электрикӣ меафзояд. Ҳамин тариқ, метавон хулоса кард, ки кори манфии қувваи электрикӣ ба заряд энергияи потенсиалии электрикии зарядро зиёд мекунад.
Заряди манфӣ дар майдони электрикии якхела
Баръакси заряди мусбат, заряди манфӣ ҳангоми наздикии лавҳаи заряди манфӣ ҳадди аксар энергияи потенсиали электрикӣ ва ҳангоми наздикии лавҳаи заряди мусбат ҳадди аксар энергияи потенсиали электрикӣ дорад. Табиист, ки заряди электрикӣ аз потенсиали баланд ба потенсиали паст ҳаракат мекунад, аз ин рӯ заряди манфӣ низ аз лавҳаи заряди манфӣ ба лавҳаи заряди мусбат ҳаракат мекунад. Самти ҷойивазкунии заряди манфӣ ба тарафи чап аст, дар ҳоле ки самти қувваи электрикӣ ба тарафи рост аст, то қувваи электрикӣ кори манфӣ анҷом диҳад. Ҳангоми ҳаракат ба тарафи чап, энергияи потенсиали электрикии заряди манфӣ кам мешавад ва вақте ки заряди манфӣ ба лавҳаи заряди мусбат мерасад, арзиши ҳадди ақал дорад. Хулоса кардан мумкин аст, ки кори манфии анҷомдодашуда аз ҷониби қувваи электрикӣ энергияи потенсиали электрикии заряди манфиро кам мекунад. Энергияи потенсиали электрикӣ гум намешавад, балки ба энергияи кинетикӣ табдил меёбад, ки бо афзоиши суръати заряд ҳангоми ҳаракат ба сӯи лавҳаи заряди мусбат тавсиф мешавад.
Энергияи потенсиали электрикӣ дар майдони электрикии якхела
Энергияи потенсиали электрикии заряд ҳангоми дар мавқеи муайян қарор доштани заряд, арзиши онро маълум кардан мумкин нест. Аммо агар заряд аз як ҷой ба ҷои дигар ҳаракат кунад, тағирёбии энергияи потенсиали электрикии зарядро ҳисоб кардан мумкин аст. Пас, он чизе, ки маъно дорад, тағирёбии энергияи потенсиалӣ аст. Тағйирёбии энергияи потенсиали электрикӣ (ΔEP)-ро метавон ҳангоми ҳаракат додани заряди мусбат аз потенсиали баланд (пластинаи заряди мусбат) ба потенсиали паст (пластинаи заряди манфӣ) маълум кард.
Барои муқоиса, вақте ки манго дар пояаш аст, манго энергияи потенсиалии ҷозиба дорад, аммо арзиши онро маълум кардан мумкин нест. Агар меваи манго бо қувваи ҷозиба ба замин суръат гирад, тағирёбии энергияи потенсиалии ҷозибаи мангоро тавассути ҳисоб бо истифода аз формулаи W = ΔEP = mgh, фаҳмидан мумкин аст.
ки дар он m = масса, g = шитоби ҷозиба, h = масофа байни манго ва сатҳи замин.
Ба ҳамин монанд, тағйироти энергияи потенсиали электрикии зарядро вақте фаҳмидан мумкин аст, ки қувваи электрикӣ зарядро аз як нуқта ба нуқтаи дигар суръат мебахшад. Тавре ки қаблан шарҳ дода шуда буд, агар заряди мусбат аз лавҳаи заряди мусбат ба лавҳаи заряди манфӣ ҳаракат кунад,
тағйирёбии энергияи потенсиали электрикӣ бо истифода аз формулаи W = ΔEP = q E d ҳисоб карда мешавад, ки дар он q = заряди электрикӣ, E = майдони электрикӣ ва d = масофа байни як ҷой ва ҷои дигар. Ба ҳамин монанд, агар заряди манфӣ аз лавҳаи заряди манфӣ ба лавҳаи заряди мусбат ҳаракат кунад, афзоиши энергияи потенсиали электрикии заряди манфӣ бо истифода аз формулаи W = ΔEP = q E d ҳисоб карда мешавад.
Энергияи потенсиалии электрикии ду заряди нуқтаӣ
Тағйироти энергияи потенсиали электрикӣ на танҳо аз ҷониби заряд дар майдони электрикии якхела, балки аз ҷониби майдони электрикии аз ҷониби заряди ягонаи электрикӣ ба вуҷуд омада эҳсос карда мешаванд. Фарз мекунем, ки як заряди Q вуҷуд дорад, ки майдони электрикиро ба вуҷуд меорад ва заряди q аз заряди Q масофаи r дорад.
Q = заряди электрикӣ, ки майдони электрикиро ба вуҷуд меорад
q = заряди электрикие, ки дар майдони электрикии аз ҷониби заряди Q ба вуҷуд омада ҷой иваз мекунад
d = r = масофаи заряди q аз заряди Q.
Агар ҳарду заряд аломати якхела дошта бошанд, + ё -, пас ин ду заряд якдигарро тела медиҳанд ё аз якдигар дур мешаванд, то ки тағйирот дар энергияи потенсиалӣ мусбат бошанд (энергияи потенсиали электрикӣ меафзояд). Ин ба монанди як объекти массавӣ аст, ки аз Замин ба боло дур мешавад, то баландии он ва энергияи потенсиали ҷозиба зиёд шавад. Баръакс, агар аломати ҳарду заряд якхела набошад, ду заряд якдигарро мекашанд ё ба якдигар наздик мешаванд, то ки тағирёбии энергияи потенсиалӣ манфӣ бошад (энергияи потенсиали электрикӣ кам мешавад). Ин ба монанди як объекти массавӣ аст, ки ба поён ҳаракат мекунад ва ба сатҳи Замин наздик мешавад, то баландии он ва энергияи потенсиали ҷозиба кам мешавад.
Қувваи барқӣ қувваи консервативӣ аст, аз ин рӯ, шакли масири заряд ба тағйирот дар энергияи потенсиали барқӣ таъсир намерасонад. Он чизе, ки ба арзиши тағйирот дар энергияи потенсиали барқӣ таъсир мерасонад, мавқеи ибтидоӣ ва мавқеи ниҳоии заряд мебошад.
Дар мавзӯи навбатӣ дар бораи потенсиали электрикӣ, яъне миқдорҳои физикие, ки бо энергияи потенсиали электрикӣ сахт алоқаманданд, омӯхта мешавад.
