Bago pag-aralan ang paksang ito, unawain muna ang mga materyal tungkol sa pisika , konserbatibong puwersa , karga ng kuryente , batas ni Coulomb , at mga larangan ng kuryente.
Ang puwersang elektrikal ay isang konserbatibong puwersa
Bukod sa puwersa ng grabidad at puwersa ng spring, isa pang halimbawa ng konserbatibong puwersa ay ang puwersang elektrikal. Upang mas maunawaan kung bakit ang puwersang elektrikal ay tinatawag na konserbatibong puwersa, basahin ang sumusunod na paliwanag.
Ipagpalagay na mayroong dalawang platong may karga sa kuryente gaya ng ipinapakita sa larawan, ang kaliwang plato ay may positibong karga at ang kanang plato ay may negatibong karga.n negatibo. Ang palaso sa pagitan parehong plato ay mga linya ng electric field Yang mula sa isang positibong karga patungo sa isang negatibong karga. Ang isang positibong karga ay malapit sa isang positibong may karga na plato.
Ang pagkakaroon ng electric field ay nagiging sanhi ng isang positibong karga na makaranas ng puwersang elektrikal sa parehong direksyon ng electric field, kaya naman ang positibong karga ay bumibilis pakanan patungo sa negatibong karga na plato. Ang direksyon ng puwersang elektrikal ay pakanan, sa parehong direksyon ng direksyon ng paggalaw ng karga, kaya naman ang puwersang elektrikal ay gumagawa ng positibong gawain sa karga. Sa matematika, ang gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa isang positibong karga ay W = Fs = qEs , kung saan ang W = gawain, F = puwersang elektrikal, s = distansya sa pagitan ng dalawang plato, q = positibong karga, E = electric field.
Pagkatapos makarating malapit sa negatibong kargadong plato, kung positibong karga gustopagbabalikmaaari sa orihinal nitong posisyon malapit na positibong kargadong plato kung gayon ang iyong estilo ay kailanganar Kapag positibo ang karga inilipat sa kaliwa patungo sa positibong sisingilin na plato, ang puwersang elektrikal ay nananatiling nakadirekta sa kanan upang ang puwersang elektrikal ay gumawa ng negatibong gawain sa karga. Sa matematika, ang gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa isang positibong karga ay W = – F s = – q E s.
Ang kabuuang gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa isang positibong karga, kapag ang karga ay gumalaw pakanan at pagkatapos ay gumalaw muli pakaliwa sa orihinal nitong posisyon ay W = qEs – qEs = 0. Kung ang kabuuang gawaing ginagawa ng isang puwersa sa isang bagay, kapag ang bagay ay gumalaw palayo mula sa orihinal nitong posisyon at pagkatapos ay bumalik sa orihinal nitong posisyon, ay katumbas ng sero, kung gayon ang puwersa ay isang konserbatibong puwersa. Batay sa paliwanag sa itaas, maaaring mahinuha na ang puwersang elektrikal ay isang konserbatibong puwersa.
Puwersang elektrikal at enerhiyang potensyal na elektrikal
Ang gawaing ginagawa ng isang konserbatibong puwersa ay nauugnay sa pagbabago sa potensyal na enerhiya. Halimbawa, ang gawaing ginagawa ng puwersang grabitasyonal sa isang masa ay nagbabago sa potensyal na enerhiya ng grabitasyonal ng masa. Gayundin, ang gawaing ginagawa ng isang puwersang elektrikal sa isang karga ng kuryente ay nagbabago sa potensyal na enerhiya ng kuryente ng karga.
Positibong karga sa isang homogenous na electric field
Ang dalawang pigura sa ibaba ay naglalarawan ng mga halimbawa ng gawaing ginagawa ng isang konserbatibong puwersa na nagdudulot ng pagbabago sa potensyal na enerhiya. Ang mga paliwanag ng gawaing ginagawa ng puwersa ng grabidad at ang pagbabago sa potensyal na enerhiya ng grabidad ay ginagamit bilang paghahambing upang mapadali ang pag-unawa sa gawaing ginagawa ng puwersa ng kuryente at ang pagbabago sa potensyal na enerhiya ng kuryente.
Ang larawan sa kaliwa ay nagpapakita ng isang bagay na nahuhulog. libre patungo sa ibabaw ng lupa. Kapag nasa taas, ang isang bagay ay may pinakamataas na enerhiyang potensyal ng grabidad. Kapag ang isang bagay ay gumagalaw pababa, ang puwersa ng grabidad ay kumikilos dito. Ang direksyon ng puwersa ng grabidad ay kapareho ng direksyon ng paggalaw ng bagay, lalo na pababa, kaya ang puwersa ng grabidad ay gumagawa ng positibong gawain. Kapag ang isang bagay ay bumibilis pababa, ang taas nito ay bumababa, sa gayon ay binabawasan ang enerhiya ng potensyal na grabidad nito. Kapag malapit na itong marating ang lupa, ang enerhiyang potensyal ng grabidad ay nasa pinakamababang halaga nito. Maaaring mahinuha na ang positibong gawaing ginagawa ng puwersa ng grabidad sa isang bagay ay binabawasan ang enerhiyang potensyal ng grabidad ng bagay. Ang enerhiyang potensyal ng grabidad ay hindi nawawala kundi kino-convert sa enerhiyang kinetiko, na ipinapahiwatig ng pagtaas ng bilis ng bagay kapag gumagalaw pababa.
Ang larawan sa kanan ay nagpapakita ng isang positibong karga.Ang f ay malapit sa isang positibong kargadong plato. Kapag malapit sa isang positibong kargadong plato, ang enerhiyang potensyal na elektrikal ng karga ay nasa pinakamataas nito. Ang pagkakaroon ng isang electric field sa pagitan ng dalawang plato ay nagiging sanhi ng pagbilis ng karga ng puwersang elektrikal mula sa positibong kargadong plato patungo sa negatibong kargadong plato. Kapag ang karga ay gumagalaw pakanan, puwersang elektrikal nasa parehong direksyon din gaya ng Ang paglipat ng karga ay pakanan, kaya ang puwersang elektrikal ay gumagawa ng positibong gawain. Habang gumagalaw sa kanan, ang kinetic energy ng karga ay tumataas habang ang electrical potential energy ay bumababa. Kapag nakalapit ito sa negatibong kargadong plato, ang potensyal na enerhiya ng kuryente ng karga ay nasa pinakamababang halaga nito. Maaaring mahinuha na ang positibong gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa kargamento, binabawasan ang elektrikal na potensyal na enerhiya ng karga. Ssa kabaligtaran, kung ang positibong karga ay ibinabalik sa orihinal nitong posisyon kung gayon ang direksyon ng paglipat ng karga ay pakaliwa, kabaligtaran ng direksyon puwersa ng kuryente sa kanannDahil ang puwersang elektrikal ay nasa kabaligtarang direksyon, gumagawa ito ng negatibong gawain sa positibong karga. Habang gumagalaw ito pakaliwa, tumataas ang enerhiyang potensyal ng kuryente. Samakatuwid, maaaring mahinuha na ang negatibong gawain na ginagawa ng puwersang elektrikal sa karga ay nagpapataas ng enerhiyang potensyal ng kuryente ng karga.
Negatibong karga sa isang homogenous na electric field
Hindi tulad ng mga positibong karga, ang mga negatibong karga ay may pinakamataas na enerhiyang potensyal na elektrikal kapag malapit sila sa isang negatibong karga na plato at pinakamababang enerhiyang potensyal na elektrikal kapag malapit sila sa isang positibong karga na plato. Natural, ang mga karga na elektrikal ay natural na lumilipat mula sa mataas na potensyal patungo sa mababang potensyal, kaya ang mga negatibong karga ay lumilipat din mula sa isang negatibong karga na plato patungo sa isang positibong karga na plato. Ang direksyon ng paggalaw ng negatibong karga ay pakaliwa, habang ang direksyon ng puwersang elektrikal ay pakanan, kaya ang puwersang elektrikal ay gumagawa ng negatibong gawain. Kapag lumilipat pakaliwa, ang enerhiyang potensyal na elektrikal ng negatibong karga ay bumababa at may pinakamababang halaga kapag ang negatibong karga ay dumating malapit sa positibong karga na plato. Maaaring mahinuha na ang negatibong gawain na ginagawa ng puwersang elektrikal ay binabawasan ang enerhiyang potensyal na elektrikal ng negatibong karga. Ang enerhiyang potensyal na elektrikal ay hindi nawawala ngunit nako-convert sa kinetic energy, na ipinapahiwatig ng pagtaas ng bilis ng karga kapag lumilipat patungo sa positibong karga na plato.
Enerhiya ng potensyal na kuryente sa isang homogenous na larangan ng kuryente
Hindi alam ang enerhiyang elektrikal na potensyal ng isang kargamento kapag ito ay nasa isang partikular na posisyon. Gayunpaman, kung ang kargamento ay lumipat mula sa isang lokasyon patungo sa isa pa, maaaring matukoy ang pagbabago sa enerhiyang elektrikal na potensyal nito. Samakatuwid, ang mahalaga ay ang pagbabago sa enerhiyang potensyal (ΔEP).
Bilang paghahambing, kapag ang isang mangga ay nasa tangkay nito, mayroon itong gravitational potential energy ngunit hindi malalaman ang halaga nito. Kung ang mangga ay pinabilis patungo sa lupa ng puwersa ng grabidad, ang pagbawas sa gravitational potential energy ng mangga ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng mga kalkulasyon gamit ang pormulang W = ΔEP = mgh, kung saan ang m = mass, g = gravitational acceleration, at ang h ay ang distansya sa pagitan ng tangkay ng mangga at ng ibabaw ng lupa.
Gayundin, ang pagbabago sa enerhiyang elektrikal na potensyal ng isang karga ay maaaring malaman kapag ang karga ay pinabilis ng isang puwersang elektrikal mula sa isang punto patungo sa isa pa. Gaya ng ipinaliwanag noon, kung ang isang positibong karga ay lumipat mula sa isang positibong karga na plato patungo sa isang negatibong karga na plato, ang pagbaba sa enerhiyang elektrikal na potensyal ng karga ay kinakalkula gamit ang pormulang W = ΔEP = qEs, kung saan ang q = karga na elektrikal, E = electric field at ang s ay ang distansya sa pagitan ng dalawang plato o ang distansya sa pagitan ng isang lugar at isa pa. Gayundin, kung ang isang negatibong karga ay lumipat mula sa isang negatibong karga na plato patungo sa isang positibong karga na plato, ang pagtaas sa enerhiyang elektrikal na potensyal ng negatibong karga ay kinakalkula gamit ang pormulang W = ΔEP = qEs.
Enerhiya ng potensyal na elektrikal ng dalawang puntong karga
Ang mga pagbabago sa enerhiyang potensyal ng kuryente ay hindi lamang nararanasan ng mga karga sa isang homogenous na electric field, kundi pati na rin sa electric field na nalilikha ng isang karga ng kuryente. Ipagpalagay na mayroong isang karga Q na lumilikha ng isang electric field at ang karga q ay nasa layong r mula sa karga Q.
remarks: k (konstante ni Coulomb) = 9 x 109 Nm2/C2, Q = karga ng kuryente na lumilikha ng electric field, q = kargadong elektrikal na nakararanas ng pag-aalis ng kuryente sa larangang elektrikal na nalilikha ng kargadong Q, s = r = distansya ng karga q mula sa karga Q.
Kung ang parehong karga ay may parehong simbolo, + o –, ang dalawang karga ay nagtataboy sa isa't isa o lumalayo sa isa't isa upang ang pagbabago sa potensyal na enerhiya ay maging positibo (tumataas ang enerhiyang potensyal na elektrikal). Ito ay katulad ng isang bagay na may masa na gumagalaw pataas palayo sa mundo upang ang taas at enerhiyang potensyal na grabidad nito ay tumaas. Sa kabaligtaran, kung ang dalawang karga ay may magkaibang simbolo, ang dalawang karga ay nag-aakit sa isa't isa o lumalapit sa isa't isa upang ang pagbabago sa potensyal na enerhiya ay maging negatibo (bumababa ang enerhiyang potensyal na elektrikal). Ito ay katulad ng isang bagay na may masa na gumagalaw pababa patungo sa mundo upang ang taas at enerhiyang potensyal na grabidad nito ay bumababa.
Ang puwersang elektrikal ay isang konserbatibong puwersa, kaya ang hugis ng landas ng karga ay walang epekto sa pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal. Ang nakakaapekto sa pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal ay ang mga paunang at panghuling posisyon ng karga.
Sa susunod na paksa, susuriin natin ang electric potential , isang pisikal na dami na malapit na nauugnay sa enerhiyang electric potential.
