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Ãëàâà 1. Ýëåêòðîñòàòèêà § 1.18. Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå. Ýíåðãèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ òî÷å÷íûõ çàðÿäîâ
Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ çàðÿäà â îäíîðîäíîì ïîëåÏóñòü çàðÿä q ïåðåìåùàåòñÿ â îäíîðîäíîì ýëåêòðè÷åñêîì ïîëå ñ íàïðÿæåííîñòüþ Ïðîùå âñåãî âû÷èñëèòü ðàáîòó, åñëè çàðÿä ïåðåìåùàåòñÿ âäîëü ïðÿìîé, ñîåäèíÿþùåé òî÷êó 1 è òî÷êó 2 (ðèñ. 1.78). Âåêòîð ïåðåìåùåíèÿ Δ
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 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 Íóëåâîé óðîâåíü ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèèÏîòåíöèàëüíàÿ 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.
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