-->
Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Ýíåðãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ òî÷å÷íûõ çàðÿäîâ. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ýëåêòðîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 1. Ýëåêòðîñòàòèêà

 


§ 1.18. Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Ýíåðãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ òî÷å÷íûõ çàðÿäîâ

Âû÷èñëèì ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ ýëåêòðè÷åñêèõ çàðÿäîâ äëÿ íàèáîëåå ïðîñòûõ, íî î÷åíü âàæíûõ ÷àñòíûõ ñëó÷àåâ.

Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â îäíîðîäíîì ïîëå

Ïóñòü çàðÿä q ïåðåìåùàåòñÿ â îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå ñ íàïðÿæåííîñòüþ èç òî÷êè 1 â òî÷êó 2. Ïîëîæåíèå òî÷êè 1 îïðåäåëÿåòñÿ ðàäèóñîì-âåêòîðîì 1, à òî÷êè 2 ðàäèóñîì-âåêòîðîì 2. Äåéñòâóþùàÿ íà çàðÿä ñèëà ïîñòîÿííà. Ðàáîòà ñèëû íå çàâèñèò îò ôîðìû òðàåêòîðèè, ñîåäèíÿþùåé òî÷êè 1 è 2. Ýòî ñëåäóåò èç îáùåãî äîêàçàòåëüñòâà ïîòåíöèàëüíîñòè ýëåêòðîñòàòè÷åñêîãî ïîëÿ. Ìîæíî ïðîâåñòè äîêàçàòåëüñòâî è ñ ïîìîùüþ íåïîñðåäñòâåííîãî âû÷èñëåíèÿ ðàáîòû ïðè ïåðåìåùåíèè çàðÿäà ïî ðàçíûì ïóòÿì òî÷íî òàê æå, êàê ýòî áûëî ñäåëàíî â «Ìåõàíèêå» äëÿ ãðàâèòàöèîííûõ ñèë. Ñåé÷àñ ìû ýòî äåëàòü íå áóäåì.

Ïðîùå âñåãî âû÷èñëèòü ðàáîòó, åñëè çàðÿä ïåðåìåùàåòñÿ âäîëü ïðÿìîé, ñîåäèíÿþùåé òî÷êó 1 è òî÷êó 2 (ðèñ. 1.78). Âåêòîð ïåðåìåùåíèÿ Δ = 2 - 1 Ðàáîòà ðàâíà ñêàëÿðíîìó ïðîèçâåäåíèþ ñèëû íà ïåðåìåùåíèå:

Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ñîãëàñíî (1.17.1), À = -(Wp2 - Wp1). Ñðàâíèâàÿ âûðàæåíèÿ (1.18.1) è (1.17.1), ïîëó÷èì âûðàæåíèå äëÿ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè çàðÿäà â îäíîðîäíîì ïîëå:

Îäíîðîäíîå ïîëå ñîçäàåòñÿ, â ÷àñòíîñòè, â ïðîñòðàíñòâå ìåæäó ïàðàëëåëüíûìè ïëàñòèíàìè, íåñóùèìè çàðÿäû ïðîòèâîïîëîæíûõ çíàêîâ (ðèñ. 1.79). Åñòåñòâåííî âûáðàòü ñèñòåìó êîîðäèíàò òàê, ÷òîáû îñü X áûëà íàïðàâëåíà ïåðïåíäèêóëÿðíî ïëàñòèíàì. Òîãäà ïðîåêöèè Åy è Åz ðàâíû íóëþ è âûðàæåíèå (1.18.2) ïðèîáðåòàåò âèä:

Ôîðìóëà (1.18.3) ïîäîáíà ôîðìóëå Wp = mgh äëÿ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè òåëà íàä ïîâåðõíîñòüþ Çåìëè. Ðîëü ìàññû èãðàåò çàðÿä, óñêîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ — íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ, à âìåñòî âûñîòû h ñòîèò êîîðäèíàòà õ. Íî çíàê ýíåðãèè äðóãîé: ìèíóñ âìåñòî ïëþñà. Äåëî çäåñü âîò â ÷åì. Ìàññà âñåãäà ïîëîæèòåëüíà, è ñèëà òÿãîòåíèÿ îáÿçàòåëüíî íàïðàâëåíà âåðòèêàëüíî âíèç. Ñ ó÷åòîì ýòèõ îáñòîÿòåëüñòâ è áûëà çàïèñàíà ôîðìóëà Wp = mgh.  íåé ñòîèò ìîäóëü óñêîðåíèÿ ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ, è âûñîòà h îòñ÷èòûâàåòñÿ îò ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Ôîðìóëà (1.18.3) ÿâëÿåòñÿ áîëåå îáùåé. Çàðÿä q ìîæåò áûòü êàê ïîëîæèòåëüíûì, òàê è îòðèöàòåëüíûì; íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ ìîæåò áûòü íàïðàâëåíà êóäà óãîäíî, è åå ïðîåêöèÿ ìîæåò èìåòü êàê ïîëîæèòåëüíîå çíà÷åíèå, òàê è îòðèöàòåëüíîå â çàâèñèìîñòè îò âûáîðà ñèñòåìû êîîðäèíàò.

 ÷àñòíîñòè, åñëè íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ íàïðàâëåíà âåðòèêàëüíî âíèç, à îñü X ââåðõ, òî

Wp = qE|x| (1.18.4)

â òî÷íîì ñîîòâåòñòâèè ñ âûðàæåíèåì Wp = mgh.

Åñëè ýëåêòðè÷åñêîå ïîëå ñîâåðøàåò ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó, òî ýíåðãèÿ çàðÿæåííîãî òåëà â ïîëå óìåíüøàåòñÿ: ΔWp < 0. Îäíîâðåìåííî ðàñòåò åãî êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ. Íà ýòîì îñíîâàíî óñêîðåíèå ýëåêòðîíîâ ýëåêòðè÷åñêèì ïîëåì â ýëåêòðîííûõ ëàìïàõ, òåëåâèçèîííûõ òðóáêàõ è ò. ä. È íàîáîðîò, åñëè ðàáîòà îòðèöàòåëüíà (íàïðèìåð, ïðè äâèæåíèè ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííîé ÷àñòèöû â íàïðàâëåíèè, ïðîòèâîïîëîæíîì íàïðàâëåíèþ íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ ), òî ΔWp > 0. Òàêîå äâèæåíèå çàðÿæåííîé ÷àñòèöû ïîäîáíî äâèæåíèþ êàìíÿ, áðîøåííîãî ââåðõ. Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ÷àñòèöû ïðè ýòîì ðàñòåò, à êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ óìåíüøàåòñÿ: ÷àñòèöà òîðìîçèòñÿ.

Íóëåâîé óðîâåíü ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè

Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ â ýëåêòðîäèíàìèêå îïðåäåëÿåòñÿ, êàê è â ìåõàíèêå, ñ òî÷íîñòüþ äî ïðîèçâîëüíîé ïîñòîÿííîé. Âìåñòî âûðàæåíèÿ (1.18.2) ìû ìîãëè áû íàïèñàòü:

ãäå Ñ — ïðîèçâîëüíàÿ êîíñòàíòà. Ïðè ýòîì èçìåíåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè îñòàåòñÿ òåì æå, à ðàáîòà îïðåäåëÿåò èìåííî èçìåíåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, à íå ñàìó ýíåðãèþ. Çàïèñûâàÿ ôîðìóëó (1.18.2), ìû ôàêòè÷åñêè ïðèðàâíÿëè ïîñòîÿííóþ Ñ ê íóëþ. Ýòî ñîîòâåòñòâóåò îïðåäåëåííîìó âûáîðó íóëåâîãî óðîâíÿ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè. Íàïðèìåð, äëÿ ñëó÷àÿ, èçîáðàæåííîãî íà ðèñóíêå 1.79, ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ñ÷èòàåòñÿ ðàâíîé íóëþ íà ïîâåðõíîñòè ïëàñòèíû Â. Íî, êàê è ïðè äåéñòâèè ñèë òÿãîòåíèÿ, íóëåâîé óðîâåíü ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè âûáèðàþò ïðîèçâîëüíî. Ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî Wp = 0 íà ðàññòîÿíèè õ1 îò ïëàñòèíû Â. Òîãäà

Ôèçè÷åñêèé ñìûñë èìååò íå ñàìà ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ, à ðàçíîñòü åå çíà÷åíèé, îïðåäåëÿåìàÿ ðàáîòîé ïîëÿ ïðè ïåðåìåùåíèè çàðÿäà èç íà÷àëüíîãî ïîëîæåíèÿ â êîíå÷íîå.

Îêîí÷àíèå ïàðàãðàôà >>>

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru
<">


Ñîäåðæàíèå

interfaceType: 0, withoutIframe: true,