Artikulo tungkol sa Enerhiyang Potensyal ng Elektrisidad
Bago pag-aralan ang paksang ito, unawain muna ang trabaho, ang mga konserbatibong puwersa, ang ugnayan sa pagitan ng mga konserbatibong puwersa sa potensyal na enerhiya , ang mga puwersang elektrikal at ang larangan ng kuryente.
Ang puwersang elektrikal ay ang konserbatibong puwersa
Bukod sa puwersa ng grabidad at puwersa ng spring, isa pang halimbawa ng puwersang konserbatibo ay ang puwersang elektrikal. Upang mas maunawaan kung bakit ang puwersang elektrikal ay tinatawag na puwersang konserbatibo, unawain ang sumusunod na paliwanag.
Ipagpalagay na mayroong dalawang platong may karga sa kuryente gaya ng ipinapakita sa pigura, ang kaliwang plato ay may positibong karga, at ang kanang plato ay may negatibong karga. Ang palaso sa pagitan ng dalawang plato ay ang mga linya ng electric field na lumalabas mula sa positibong karga patungo sa negatibong karga. Ang isang positibong karga ay malapit sa isang positibong platong may karga sa kuryente.
Ang presensya ng electric field ay nagiging sanhi ng positibong karga na makaranas ng puwersang elektrikal sa direksyon ng electric field upang ang positibong karga ay mapabilis pakanan patungo sa negatibong karga na plato. Ang direksyon ng puwersang elektrikal sa kanan, sa direksyon ng galaw ng karga, upang ang puwersang elektrikal ay gumawa ng positibong gawain sa karga. Sa matematika, ang gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal sa positibong karga ay W = F d = q E d, kung saan ang W = trabaho, F = ang puwersang elektrikal, d = distansya sa pagitan ng dalawang plato, q = positibong karga, E = electric field.
Pagkatapos makarating malapit sa negatibong kargadong plato, kung ang positibong karga ay ibabalik sa orihinal nitong posisyon malapit sa negatibong kargadong plato, kinakailangan ang isang panlabas na puwersa. Kapag ang positibong karga ay inilipat sa kaliwa patungo sa positibong kargadong 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 positibong karga ay W = – F d = – q E d.
Ang kabuuang trabahong ginagawa ng puwersang elektrikal sa positibong karga, kapag ang karga ay gumalaw pakanan, pagkatapos ay gumalaw muli pakaliwa sa orihinal nitong posisyon, ay W = qEd – qEd = 0. Kung ang netong trabaho ay ginagawa ng puwersa sa bagay, kapag ang bagay ay gumalaw palayo mula sa orihinal nitong posisyon at pagkatapos ay bumalik sa orihinal nitong posisyon, na katumbas ng zero, 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 mga konserbatibong puwersa ay may kaugnayan sa mga pagbabago sa potensyal na enerhiya. Halimbawa, ang gawaing ginagawa ng puwersa ng grabidad sa isang bagay na may masa ay nagbabago sa potensyal na enerhiya ng grabidad ng bagay na may masa. Gayundin, ang gawaing ginagawa ng puwersa ng kuryente sa isang karga ng kuryente ay nagbabago sa potensyal na enerhiya ng kuryente ng karga.
Ang positibong karga sa homogenous na electric field
Ang dalawang larawan sa ibaba ay naglalarawan ng mga halimbawa ng gawaing ginagawa ng mga konserbatibong puwersa na nagdudulot ng mga pagbabago sa potensyal na enerhiya. Ang paliwanag ng gawaing ginagawa ng puwersa ng grabidad at ang mga pagbabago sa potensyal na enerhiya ng grabidad ay ginagamit bilang paghahambing,
upang mapadali ang pag-unawa sa gawaing ginagawa ng puwersang elektrikal at ang mga pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal.
Ang larawan sa kaliwa ay nagpapakita ng isang bagay na malayang bumabagsak patungo sa ibabaw ng lupa. Kapag nasa itaas, ang mga bagay ay may pinakamataas na enerhiyang potensyal ng grabidad. Kapag gumagalaw pababa, ang puwersa ng grabidad ay kumikilos sa bagay. Ang direksyon ng puwersa ng grabidad ay kapareho ng direksyon ng paggalaw ng bagay na pababa upang ang puwersa ng grabidad ay gumawa ng positibong gawain. Kapag pinabilis pababa, ang taas ng bagay ay bumababa kaya ang enerhiyang potensyal ng grabidad ng bagay ay bumababa. Pagdating sa lupa, ang enerhiyang potensyal ng grabidad ay pinakamababa. Mahihinuha na ang positibong gawain na ginagawa ng puwersa ng grabidad sa bagay ay binabawasan ang enerhiyang potensyal ng grabidad ng bagay. Ang enerhiyang potensyal ng grabidad ay hindi nawawala ngunit nagbabago sa kinetic energy, na ipinapahiwatig ng pagtaas ng bilis ng bagay kapag ito ay gumagalaw pababa.
Ang pigura sa kanan ay nagpapakita ng positibong karga malapit sa positibong kargadong plato. Kapag malapit sa isang positibong kargadong plato, ang enerhiyang potensyal ng kuryente ang may pinakamataas na halaga. 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, ang puwersang elektrikal ay nasa direksyon din ng paglipat ng karga papunta sa kanan, kaya ang puwersang elektrikal ay gumagawa ng positibong gawain. Habang gumagalaw pakanan, ang kinetic energy ng karga ay tumataas habang ang enerhiyang potensyal ng kuryente ay bumababa.
Pagdating malapit sa platong may negatibong karga, ang potensyal na enerhiyang elektrikal ay may pinakamababang halaga. Mahihinuha na ang positibong gawain na ginagawa ng puwersang elektrikal sa karga ay nagpapababa sa enerhiyang elektrikal na potensyal ng karga. Sa kabaligtaran, kung ang positibong karga ay ibabalik sa orihinal nitong posisyon, ang direksyon ng karga ay magbabago sa kaliwa, kabaligtaran ng direksyon ng puwersang elektrikal sa kanan. Dahil sa kabaligtaran na direksyon, ang puwersang elektrikal ay gumagawa ng negatibong gawain sa positibong karga. Kapag gumagalaw sa kaliwa, ang enerhiyang elektrikal na potensyal ay tumataas. Kaya, mahihinuha na ang negatibong gawain na ginagawa ng puwersang elektrikal sa karga ay nagpapataas sa enerhiyang elektrikal na potensyal ng karga.
Negatibong karga sa homogenous na electric field
Hindi tulad ng positibong karga, ang negatibong karga ay may pinakamataas na enerhiya ng potensyal na elektrikal kapag ito ay malapit sa negatibong karga na plato at ang pinakamababang enerhiya ng potensyal na elektrikal kapag malapit sa positibong karga na plato. Natural, ang karga na elektrikal ay lumilipat mula sa mataas na potensyal patungo sa mababang potensyal, kaya ang negatibong karga ay lumilipat din mula sa negatibong karga na plato patungo sa positibong karga na plato. Ang direksyon ng pag-alis ng negatibong karga ay pakaliwa, habang ang direksyon ng puwersang elektrikal ay pakanan upang ang puwersang elektrikal ay gumawa ng negatibong gawain. Kapag lumilipat pakaliwa, ang enerhiya ng 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 enerhiya ng potensyal na elektrikal ng negatibong karga. Ang enerhiya ng potensyal na elektrikal ay hindi nawawala ngunit nagbabago sa kinetic energy na nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng bilis ng karga kapag lumilipat patungo sa positibong karga na plato.
Enerhiya ng potensyal na kuryente sa homogenous na larangan ng kuryente
Ang enerhiyang potensyal na elektrikal ng isang kargamento kapag ang kargamento ay nasa isang tiyak na posisyon, hindi malalaman ang halaga nito. Ngunit kung ang kargamento ay gumagalaw mula sa isang lugar patungo sa isa pa, maaaring kalkulahin ang pagbabago ng enerhiyang potensyal na elektrikal ng kargamento. Kaya, ang makabuluhan ay ang pagbabago sa enerhiyang potensyal. Ang mga pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal (ΔEP) ay malalaman kapag ang positibong kargamento ay gumagalaw mula sa mataas na potensyal (positibong may kargamento na plato) patungo sa mababang potensyal (negatibong may kargamento na plato).
Bilang paghahambing, kapag ang mangga ay nasa tangkay nito, ang mangga ay may gravitational potential energy, ngunit hindi malalaman ang halaga nito. Kung ang bunga ng mangga ay pinabilis patungo sa lupa ng puwersa ng grabidad, ang pagbabago ng gravitational potential energy ng mangga ay maaaring malaman sa pamamagitan ng pagkalkula gamit ang pormulang W = ΔEP = mgh,
kung saan m = masa, g = pagbilis ng grabidad, h = ang distansya sa pagitan ng mangga at ng ibabaw ng lupa.
Gayundin, ang mga pagbabago sa enerhiyang elektrikal na potensyal ng isang karga ay maaaring malaman kapag pinabibilis ng puwersang elektrikal ang karga mula sa isang punto patungo sa isa pa. Gaya ng naipaliwanag noon, kung ang positibong karga ay lilipat mula sa positibong karga na plato patungo sa negatibong karga na plato,
Ang pagbabago ng enerhiyang potensyal na elektrikal ay kinakalkula gamit ang pormulang W = ΔEP = qEd, kung saan ang q = ang karga ng kuryente, ang E = ang larangan ng kuryente at ang d = ang distansya sa pagitan ng isang lugar at ibang lugar. Gayundin, kung ang negatibong karga ay lilipat mula sa negatibong karga na plato patungo sa positibong karga na plato, ang pagtaas sa enerhiyang potensyal na elektrikal ng negatibong karga ay kinakalkula gamit ang pormulang W = ΔEP = qEd.
Ang potensyal na enerhiya ng kuryente ng dalawang puntong karga
Ang mga pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal ay hindi lamang nararanasan ng karga sa isang homogenous na electric field, kundi pati na rin ng electric field na nalilikha ng iisang karga ng kuryente. Ipagpalagay na mayroong iisang karga Q na lumilikha ng electric field at ang karga na q ay may distansya na r mula sa karga na Q.
Q = karga ng kuryente na nagdudulot ng electric field
q = karga ng kuryente na naalis sa kuryenteng nalilikha ng karga na Q
d = r = distansya ng kargamento q mula sa kargamento Q.
Kung ang parehong karga ay may parehong simbolo, + o -, ang dalawang karga ay nagtataboy sa isa't isa o naglalayo sa isa't isa upang ang mga pagbabago sa potensyal na enerhiya ay maging positibo (tumataas ang enerhiyang potensyal na elektrikal). Ito ay parang isang bagay na may masa na gumagalaw pataas palayo sa mundo upang ang taas nito at ang enerhiyang potensyal na grabitasyonal ay tumaas. Sa kabaligtaran, kung ang simbolo ng parehong karga ay hindi magkapareho, ang dalawang karga ay naghihilahan sa isa't isa o lumalapit sa isa't isa upang ang pagbabago sa potensyal na enerhiya ay maging negatibo (nababawasan ang enerhiyang potensyal na elektrikal). Ito ay parang isang bagay na may masa na gumagalaw pababa na papalapit sa ibabaw ng mundo upang ang taas nito at ang enerhiyang potensyal na grabitasyonal ay mabawasan.
Ang puwersang elektrikal ay isang konserbatibong puwersa, samakatuwid ang hugis ng landas ng karga ay hindi nakakaapekto sa mga pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal. Ang nakakaimpluwensya sa halaga ng mga pagbabago sa enerhiyang potensyal na elektrikal ay ang panimulang posisyon at ang pangwakas na posisyon ng karga.
Sa susunod na paksa, pag-aaralan ang tungkol sa potensyal na elektrikal, mga pisikal na dami na may malaking kaugnayan sa enerhiyang potensyal na elektrikal.
