 |
Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.
|
|
|
|
Тема 8.4 Энергетическая характеристика электростатического поля.
Работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению зарядов. Потенциал, разность потенциалов. Поверхности равного потенциала. Связь между напряженностью и напряжением.
План:
1. Работа, совершаемая силами электрического поля по перемещению зарядов.
2. Потенциал. Разность потенциалов.
3. Связь между напряженностью и напряжением.
Работа электростатического поля по перемещению заряда.
а) Однородное электростатическое поле: 
в каждой точке поля.
. Следовательно: 
W=qEr
Т.к. если вектор перемещения перпендикулярен вектору силы (напряженности поля), работа поля равна нулю, то работа электростатического поля по перемещению заряда по любой траектории определяется разностью координат этих точек.
Если обозначить координаты заряда в начальной и последующей точках r1 и r2, то: 
Т.е. работа равна разности двух эквивалентных величин, зависящих от характера взаимодействия и взаимного расположения. Но мы знаем, что работа - мера изменения энергии. Можно предположить: W = qEr - потенциальная энергия заряда в данной точке электростатического поля. Зависит от выбора начальной точки отсчета потенциальной энергии.
Тогда:
- наиболее общий способ расчета работы в электростатическом поле
Т. е. работа при перемещении заряда между двумя точками в электростатическом поле
- не зависит от формы траектории, а зависит от положения этих точек.
- равна убыли потенциальной энергии заряда в этом поле;
- работа по замкнутой траектории равна нулю.
Электростатическое поле, как и гравитационное, потенциальное:
А = - mg (h 2 — h 1) = -DW
|
|
|
Б) Произвольное электростатическое поле.
При перемещении заряда в произвольном поле из точки 1 в точку 2 работа должна быть равна по величине и противоположна по знаку работе в направлении от точки 2 к точке 1. В противном случае нарушается закон сохранения энергии:
Пусть А12 < A21. Тогда внешняя сила может перемещать заряд по пути 12, а силы поля - по пути 21. Мы будем получать выигрыш в работе, т.е. получим вечный двигатель, что невозможно.
Потенциал. Разность потенциалов. Напряжение.
- энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.
Т.к. потенциальная энергия зависит от выбора системы координат, то и потенциал определяется с точностью до постоянной.
За точку отсчета потенциала выбирают в зависимости от задачи: а) потенциал Земли, б) потенциал бесконечно удаленной точки поля, в) потенциал отрицательной пластины конденсатора.
- следствие принципа суперпозиции полей (потенциалы складываются алгебраически).
Потенциал численно равен работе поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электрического поля в бесконечность.
В СИ потенциал измеряется в вольтах: 
Напряжение равно 1 В, если при перемещении положительного заряда в 1 Кл вдоль силовых линий поле совершает работу в 1 Дж.
|
|
|
Связь между напряженностью и напряжением.
Þ 
напряженность равна градиенту потенциала (скорости изменения потенциала вдоль направления d).
- Напряженность поля равна
1 В/м, если между двумя точками поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга существует разность потенциалов 1 В.
|
|
|
