Elektrinio lauko darbas, potencialas ir įtampa

Šioje temoje nagrinėjama, kaip elektrostatinė jėga atlieka darbą, perkeldama krūvį elektriniame lauke, ir kaip šis darbas susijęs su potencine energija. Taip pat susipažįstama su potencialo ir įtampos sąvokomis, kurios apibūdina elektrinio lauko energines savybes. Galiausiai, išmokstama, kaip susieti pagrindines elektrinio lauko charakteristikas – elektrinio lauko stiprį ir potencialų skirtumą.

Darbas perkeliant elektros krūvį
Mechanikoje naudojami fizikiniai dydžiai, tokie kaip poslinkis, jėga, darbas ir potencinė energija, taip pat taikomi ir elektromagnetinėms sąveikoms apibūdinti. Elektrostatinės jėgos atliekamas darbas, perkeliant teigiamą taškinį krūvį vienalyčiame elektriniame lauke, apskaičiuojamas pagal formulę: \(A = F\Delta d = qE(d_1 - d_2)\). Šis darbas nepriklauso nuo krūvio judėjimo trajektorijos, o uždara trajektorija yra lygus nuliui, todėl elektrinis laukas yra potencinis. Elektrostatinės jėgos darbas taip pat lygus potencinės energijos pokyčiui: \(A = -(W_2 - W_1)\). Vienalyčiame elektriniame lauke krūvio potencinė energija išreiškiama: \(W = qEd\). Ji priklauso nuo pasirinkto nulinio lygio ir krūvio ženklo.
Elektrinio lauko potencialas
Skirtingi elektros krūviai tame pačiame elektrinio lauko taške turi skirtingą potencinę energiją. Tačiau kiekvieno krūvio potencinės energijos ir krūvio santykis yra pastovus dydis, nepriklausantis nuo krūvio. Šis santykis, vadinamas elektrinio lauko potencialu (\(\varphi\)), yra skaliarinis dydis ir energinė lauko charakteristika. Jis apskaičiuojamas pagal formulę: \(\varphi = W / q\). Žinant potencialą, galima nustatyti krūvio potencinę energiją tame taške. Kai kelių krūvių laukai persidengia, bendras potencialas lygus atskirų potencialų sumai: \(\varphi = \varphi_1 + \varphi_2\).
Elektrinio lauko stiprio ir potencialo ryšys
Remiantis elektrinio lauko darbo formulėmis, galima susieti elektrinio lauko stiprį (\(E\)) ir potencialų skirtumą (\(U\)): \(E = U / d\). Ši formulė rodo, kad mažesnis potencialo kitimas reiškia mažesnį elektrinio lauko stiprį. Kai potencialas nekinta (\(U = 0\)), elektrinio lauko stipris lygus nuliui. Elektrinio lauko stiprio matavimo vienetas SI sistemoje yra voltas metrui (\(V/m\)).
Potencialų skirtumas ir įtampa
Perkeliant elektros krūvį, elektrinio lauko jėgos atlieka darbą, lygų krūvio potencinės energijos pokyčiui su minuso ženklu: \(A = -(W_2 - W_1) = -q(\varphi_2 - \varphi_1) = -q\Delta\varphi\). Potencialų skirtumas \((\varphi_1 - \varphi_2)\) dažnai vadinamas įtampa (\(U\)): \(U = \varphi_1 - \varphi_2 = -\Delta\varphi\). Įtampa taip pat gali būti išreikšta kaip elektrinio lauko darbo, atliekamo perkeliant teigiamąjį elektros krūvį, ir to krūvio santykis: \(U= A / q\). Potencialų skirtumo matavimo vienetas yra voltas (\(V\)): \(1 \text{ V} = 1 \text{ J} / 1 \text{ C}\). Elektrinio lauko potencialas tam tikrame taške lygus darbui, kurį laukas atlieka perkeldamas vienetinį teigiamąjį krūvį iš to taško į be galo nutolusį tašką. Elektrinio lauko stipris nukreiptas potencialo mažėjimo linkme.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com