To tylko jedna z 25 stron tej notatki. Zaloguj się aby zobaczyć ten dokument.
Zobacz
całą notatkę
Elektryczna energia potencjalna i potencjał
Elektryczna energia potencjalna jest związana z rozmieszczeniem ładunków w przestrzeni. Jeśli w
sąsiedztwie ładunku Q umieścimy (dodatni) ładunek próbny q, to doświadczy on działania siły odpychającej,
z czego wynika, że umieszczenie go tam wymagało wykonania pracy. Oznacza to, że ładunek próbny q
znajdujący się w pobliżu ładunku Q będzie posiadał energię potencjalną. Wartość elektrycznej energii
potencjalnej Ep dla układu dwóch ładunków odległych od siebie o r wynosi:
r
Q
q
Ep k
+
Qq
r
W elektrostatyce stosuje się pojęcie potencjału elektrycznego. Potencjał oznaczamy symbolem V i
definiujemy jako stosunek energii potencjalnej do jednostkowego ładunku. Tak więc potencjał pochodzący od
ładunku Q dany jest równaniem:
V
Ep
Q
k
q
r
Należy pamiętać, że potencjał elektryczny (podobnie jak energia potencjalna) jest wielkością skalarną, w
przeciwieństwie do natężenia pola elektrycznego, które jest wektorem. Jednostką energii potencjalnej jest dżul
– 1J. Jednostką potencjału jest wolt – 1V.
Elektryczna energia potencjalna i potencjał
Podobnie jak w przypadku mechanicznej energii potencjalnej, wybór poziomu zera elektrycznej energii
potencjalnej (jak również potencjału elektrycznego) jest dowolny. Tak więc, w wielu przypadkach mówimy o
różnicy potencjału V, a nie o jego wartości bezwzględnej. Różnica potencjału pomiędzy dwoma
punktami jest równa pracy jaką należy wykonać przeciwko polu elektrycznemu przenosząc ładunek q,
podzielonej przez ten ładunek. Różnicę potencjału nazywamy napięciem i oznaczamy symbolem U.
Powierzchnię utworzoną z punktów pola elektryczngo o równym potencjale nazywamy powierzchnią
ekwipotencjalną. Linie pola elektrycznego są zawsze prostopadłe do powierzchni ekwipotencjalnej. Praca
wykonywana przy przenoszeniu ładunku w obrębie jednej powierzchni ekwipotencjalnej wynosi zero.
Najczęściej przyjmuje się nieskończoność jako punkt, w którym energia potencjalna i potencjał wynoszą zero.
Linie sił pola elektrycznego E
Powierzchnie stałego potencjału
(ekwipotencjalne)
+
-
+
+
+
+
+
+
Elektryczna energia potencjalna i potencjał
Praca wykonana przez siły zewnętrzne przy przesunięciu ładunku q z punktu X do punktu Y wynosi:
WX Y E p ,Y E p ,X q VY V X ) qU XY
(
W przypadku ładunku punktowego Q obliczenie pracy
przy przesunięciu ładunku q z punktu X do Y korzystając z
definicji W=F*r jest trudne bo F(r)=qE(r)=kqQ/r2 – czyli siła
nie jest stała na odcinku XY. Obliczenie pracy korzystając
z pojęcia energii potencjalne wydaje się nieuniknione
W X Y q VY V X ) kqQ
(
(
1
rY
1
rX
)
W przypadku kondensatora płaskiego, pomiędzy okładkami
którego pole elektryczne jest jednorodne:
W X Y qU XY
W X Y Fd qEd
Porównując dwa powyższe wyrażenia dostajemy:
qU XY qEd U XY Ed
Y
X
+
-
Y
d
X
+
+
+
+
+
+
Siła elektromotoryczna, ogniwa
Ładunki elektryczne będą poruszać się od jednego punktu do drugiego jeśli między tymi punktami będzie
występować
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)