Elektr potensial energiyasi haqida maqola
Ushbu mavzuni o'rganishdan oldin, avval ish, konservativ kuchlar, konservativ kuchlar bilan potensial energiya o'rtasidagi bog'liqlik , elektr kuchlari va elektr maydonini tushunib oling.
Elektr kuchi konservativ kuchdir
Gravitatsiya kuchi va prujina kuchidan tashqari, konservativ kuchning yana bir misoli elektr kuchidir. Elektr kuchi nima uchun konservativ kuch deb atalishini yaxshiroq tushunish uchun quyidagi tushuntirishni tushuning.
Aytaylik, rasmda ko'rsatilgandek ikkita elektr zaryadlangan plastinka mavjud, chap plastinka musbat zaryadlangan, o'ng plastinka esa manfiy zaryadlangan. Ikkala plastinka orasidagi strelka musbat zaryaddan manfiy zaryadga qarab chiqadigan elektr maydon chiziqlaridir. Musbat zaryad musbat elektr zaryadlangan plastinka yaqinida joylashgan.
Elektr maydonining mavjudligi musbat zaryadning elektr maydoni yo'nalishi bo'yicha elektr kuchini his qilishiga olib keladi, shunda musbat zaryad manfiy zaryadlangan plastinka tomon o'ngga tezlashadi. Elektr kuchining yo'nalishi zaryadning harakati yo'nalishi bo'yicha o'ngga, shunday qilib elektr kuchi zaryad ustida musbat ish hosil qiladi. Matematik jihatdan, elektr kuchining musbat zaryad ustida bajaradigan ishi W = F d = q E d, bu yerda W = ish, F = elektr kuchi, d = ikki plastinka orasidagi masofa, q = musbat zaryad, E = elektr maydoni.
Manfiy zaryadlangan plastinka yaqiniga yetgandan so'ng, agar musbat zaryad manfiy zaryadlangan plastinka yaqinidagi asl holatiga qaytarilishi kerak bo'lsa, tashqi kuch talab qilinadi. Musbat zaryad chapga, musbat zaryadlangan plastinka tomon siljitilganda, elektr kuchi o'ngga yo'naltirilgan bo'lib qoladi, shunda elektr kuchi zaryadga manfiy ish bajaradi. Matematik jihatdan, elektr kuchining musbat zaryadga bajargan ishi W = – F d = – q E d ga teng.
Musbat zaryadga elektr kuchining bajargan umumiy ishi, zaryad o'ngga, keyin esa yana chapga, asl holatiga qaytganda, W = qEd – qEd = 0 ga teng. Agar umumiy ish jismga ta'sir qiluvchi kuch tomonidan bajarilsa, jism asl holatidan uzoqlashib, keyin asl holatiga, nolga teng bo'lganda, kuch konservativ kuchdir. Yuqoridagi tushuntirishga asoslanib, elektr kuchi konservativ kuch degan xulosaga kelish mumkin.
Elektr kuchi va elektr potensial energiyasi
Konservativ kuchlar tomonidan bajarilgan ish potensial energiyaning o'zgarishi bilan bog'liq. Masalan, tortishish kuchining massali jismga qilgan ishi massali jismning tortishish potensial energiyasini o'zgartiradi. Xuddi shunday, elektr zaryadida elektr kuchi tomonidan bajarilgan ish zaryadning elektr potensial energiyasini o'zgartiradi.
Bir hil elektr maydonidagi musbat zaryad
Quyidagi ikkita rasmda potensial energiyaning o'zgarishiga olib keladigan konservativ kuchlar tomonidan bajarilgan ishlarga misollar keltirilgan. Taqqoslash uchun tortishish kuchi tomonidan bajarilgan ish va tortishish potensial energiyasining o'zgarishi tushuntirilgan,
elektr kuchining bajargan ishi va elektr potensial energiyasining o'zgarishini tushunishni osonlashtirish uchun.
Chapdagi rasmda yer yuzasiga erkin tushayotgan jism ko'rsatilgan. Yuqorida bo'lgan jismlar maksimal tortishish potensial energiyasiga ega. Pastga harakatlanayotganda tortishish kuchi jismga ta'sir qiladi. Gravitatsiya kuchining yo'nalishi pastga tushayotgan jismning harakat yo'nalishi bilan bir xil bo'ladi, shuning uchun tortishish kuchi musbat ish bajaradi. Pastga tezlashtirilganda, jismning balandligi pasayadi, shuning uchun jismning tortishish potensial energiyasi kamayadi. Yerga yetganda, tortishish potensial energiyasi minimal bo'ladi. Xulosa qilish mumkinki, tortishish kuchining jismga bajargan musbat ishi jismning tortishish potensial energiyasini kamaytiradi. Gravitatsiya potensial energiyasi yo'qolmaydi, balki kinetik energiyaga aylanadi, bu esa jism pastga harakatlanayotganda tezligining oshishi bilan ko'rsatiladi.
O'ngdagi rasmda musbat zaryadlangan plastinka yaqinidagi musbat zaryad ko'rsatilgan. Musbat zaryadlangan plastinka yaqinida elektr potensial energiyasi maksimal qiymatga ega bo'ladi. Ikki plastinka o'rtasida elektr maydonining mavjudligi zaryadning musbat zaryadlangan plastinkadan manfiy zaryadlangan plastinkaga elektr kuchi bilan tezlashishiga olib keladi. Zaryad o'ngga siljiganida, elektr kuchi ham zaryadning o'ngga siljishi yo'nalishi bo'yicha bo'ladi, shuning uchun elektr kuchi musbat ish bajaradi. O'ngga siljish paytida zaryadning kinetik energiyasi ortadi, elektr potensial energiyasi esa kamayadi.
Manfiy zaryadli plastinkaga yaqinlashganda, potensial elektr energiyasi minimal qiymatga ega bo'ladi. Elektr kuchining zaryadga nisbatan bajargan musbat ishi zaryadning elektr potensial energiyasini kamaytiradi degan xulosaga kelish mumkin. Aksincha, agar musbat zaryad asl holatiga qaytarilsa, zaryadning yo'nalishi chapga, o'ngga nisbatan elektr kuchining yo'nalishiga teskari o'zgaradi. Qarama-qarshi yo'nalish tufayli elektr kuchi musbat zaryadga manfiy ish bajaradi. Chapga harakatlanganda elektr potensial energiyasi ortadi. Shunday qilib, elektr kuchining zaryadga nisbatan bajargan manfiy ishi zaryadning elektr potensial energiyasini oshiradi degan xulosaga kelish mumkin.
Bir hil elektr maydonidagi manfiy zaryad
Musbat zaryaddan farqli o'laroq, manfiy zaryad manfiy zaryadlangan plastinka yaqinida maksimal elektr potensial energiyasiga, musbat zaryadlangan plastinka yaqinida esa minimal elektr potensial energiyasiga ega. Tabiiyki, elektr zaryadi yuqori potensialdan past potensialga o'tadi, shuning uchun manfiy zaryad ham manfiy zaryadlangan plastinkadan musbat zaryadlangan plastinkaga o'tadi. Manfiy zaryadning siljish yo'nalishi chapga, elektr kuchining yo'nalishi esa o'ngga, shuning uchun elektr kuchi manfiy ish bajaradi. Chapga harakatlanayotganda, manfiy zaryadning elektr potensial energiyasi kamayadi va manfiy zaryad musbat zaryadlangan plastinka yaqiniga yetganda minimal qiymatga ega bo'ladi. Xulosa qilish mumkinki, elektr kuchi tomonidan bajarilgan manfiy ish manfiy zaryadning elektr potensial energiyasini kamaytiradi. Elektr potensial energiyasi yo'qolmaydi, balki kinetik energiyaga aylanadi, bu musbat zaryadlangan plastinka tomon harakatlanayotganda zaryad tezligining oshishi bilan tavsiflanadi.
Bir hil elektr maydonidagi elektr potensial energiyasi
Zaryad ma'lum bir holatda bo'lganda uning elektr potensial energiyasini uning qiymatini bilib bo'lmaydi. Ammo agar zaryad bir joydan ikkinchi joyga siljisa, zaryadning elektr potensial energiyasining o'zgarishini hisoblash mumkin. Shunday qilib, ahamiyatli bo'lgan narsa potensial energiyaning o'zgarishidir. Elektr potensial energiyasining o'zgarishini (ΔEP) musbat zaryad yuqori potensialdan (musbat zaryadlangan plastinka) past potensialga (manfiy zaryadlangan plastinka) siljiganida bilish mumkin.
Taqqoslash uchun, mango poyasida bo'lganida, mango tortishish potensial energiyasiga ega, ammo uning qiymatini bilib bo'lmaydi. Agar mango mevasi tortishish kuchi bilan yerga tezlashtirilsa, mangoning tortishish potensial energiyasining o'zgarishini W = ΔEP = mgh formulasi yordamida hisoblash orqali bilish mumkin.
bu yerda m = massa, g = tortishish tezlanishi, h = mango va yer yuzasi orasidagi masofa.
Xuddi shunday, elektr kuchi zaryadni bir nuqtadan ikkinchi nuqtaga tezlashtirganda, zaryadning elektr potensial energiyasining o'zgarishini bilish mumkin. Avval tushuntirilganidek, agar musbat zaryad musbat zaryadlangan plastinkadan manfiy zaryadlangan plastinkaga o'tsa,
elektr potensial energiyasining o'zgarishi W = ΔEP = q E d formulasi yordamida hisoblanadi, bu yerda q = elektr zaryadi, E = elektr maydoni va d = bir joy bilan boshqa joy orasidagi masofa. Xuddi shunday, agar manfiy zaryad manfiy zaryadlangan plastinkadan musbat zaryadlangan plastinkaga o'tsa, manfiy zaryadning elektr potensial energiyasining ortishi W = ΔEP = q E d formulasi yordamida hisoblanadi.
Ikki nuqtali zaryadning elektr potensial energiyasi
Elektr potensial energiyasining o'zgarishi nafaqat bir jinsli elektr maydonidagi zaryad, balki bitta elektr zaryadi tomonidan hosil qilingan elektr maydoni tomonidan ham kuzatiladi. Aytaylik, elektr maydonini hosil qiluvchi bitta Q zaryadi bor va q zaryadi Q zaryadidan r masofada joylashgan.
Q = elektr maydonini keltirib chiqaradigan elektr zaryadi
q = Q zaryadi tomonidan hosil qilingan elektr maydonida siljigan elektr zaryadi
d = r = q zaryadining Q zaryaddan masofasi.
Agar ikkala zaryad ham bir xil belgiga, + yoki - ga ega bo'lsa, unda ikkala zaryad bir-birini itaradi yoki bir-biridan uzoqlashadi, shunda potensial energiyadagi o'zgarishlar musbat bo'ladi (elektr potensial energiyasi oshadi). Bu Yerdan yuqoriga qarab uzoqlashadigan massali jismga o'xshaydi, natijada uning balandligi va tortishish potensial energiyasi oshadi. Aksincha, agar ikkala zaryadning belgisi bir xil bo'lmasa, ikkita zaryad bir-birini tortadi yoki bir-biriga yaqinlashadi, natijada potensial energiyadagi o'zgarish manfiy bo'ladi (elektr potensial energiyasi kamayadi). Bu Yer yuzasiga pastga qarab yaqinlashadigan massali jismga o'xshaydi, natijada uning balandligi va tortishish potensial energiyasi kamayadi.
Elektr kuchi konservativ kuchdir, shuning uchun zaryad yo'lining shakli elektr potensial energiyasining o'zgarishiga ta'sir qilmaydi. Elektr potensial energiyasining o'zgarishi qiymatiga zaryadning boshlang'ich holati va oxirgi holati ta'sir qiladi.
Keyingi mavzuda elektr potensiali, ya'ni elektr potensial energiyasi bilan chambarchas bog'liq bo'lgan fizik kattaliklar haqida o'rganiladi.
