ค้นหาการทำงานของกองกำลังภาคสนามต่อการกระจัดของประจุ ทำงานในสนามไฟฟ้า

ถ้าอยู่ในสนามไฟฟ้าสถิตของจุดประจุไฟฟ้า ถามประจุไฟฟ้าอีกจุดหนึ่งจะเคลื่อนที่จากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 ตามเส้นทางการเคลื่อนที่โดยพลการ คิว0จากนั้นแรงที่กระทำต่อประจุจะทำงาน งานบังคับเรื่องการกระจัดเบื้องต้น ง ลเท่ากับ

ทำงานในขณะที่เคลื่อนย้ายประจุ คิว0จากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2

ทำงาน ก 12 ไม่ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่และ กำหนดโดยตำแหน่งของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเท่านั้น. ดังนั้น สนามไฟฟ้าสถิตของประจุไฟฟ้าแบบจุดคือ ศักยภาพ , และแรงไฟฟ้าสถิต ซึ่งอนุรักษ์นิยม .

ดังนั้น การทำงานของการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าในสนามไฟฟ้าสถิตไปตามวงจรปิดใดๆ แอลศูนย์

อินทิกรัลเรียกว่าการไหลเวียนของเวกเตอร์ความตึง จากการหายไปมันเป็นไปตามนั้น l เส้นของสนามไฟฟ้าสถิตไม่สามารถปิดตัวเองได้พวกเขาเริ่มต้นและสิ้นสุดด้วยการเรียกเก็บเงินหรือไปที่ไม่มีที่สิ้นสุด สิ่งนี้บ่งบอกถึงการมีอยู่ตามธรรมชาติของประจุไฟฟ้าสองชนิด สูตร ใช้ได้กับสนามไฟฟ้าสถิตเท่านั้น

เมื่อประจุเคลื่อนที่ ตำแหน่งสัมพัทธ์ของพวกมันจะเปลี่ยน ดังนั้นงานที่ทำโดยแรงไฟฟ้าในกรณีนี้จะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ของประจุที่เคลื่อนที่:

พลังงานประจุที่อาจเกิดขึ้น คิว0อยู่ในช่องค่าธรรมเนียม ถามระยะทาง รจากนั้นเท่ากับ

สมมติว่าเมื่อประจุลบออกไปจนไม่มีที่สิ้นสุด พลังงานศักย์จะหายไป เราจะได้รับ: คอนสต = 0.

สำหรับ ชื่อ ชาร์จพลังงานศักย์ของการโต้ตอบของพวกเขา (ความเขม่น)เชิงบวก, สำหรับ ไม่เหมือนกัน ชาร์จพลังงานศักย์จากการโต้ตอบ (สถานที่ท่องเที่ยว)เชิงลบ.

ทุกที่ในสนาม พลังงานศักย์ W ของประจุมีค่าเท่ากับงานที่ต้องทำเพื่อย้ายประจุจากอนันต์มายังจุดนี้

อัตราส่วนขึ้นอยู่กับ ถามและ ร. ค่านี้เรียกว่าศักยภาพ:

หน่วยศักย์ไฟฟ้า - โวลต์(ที่).

มันแสดงลักษณะพลังงานศักย์ที่ประจุบวกจะมีหากวางไว้ที่จุดที่กำหนดในสนาม สำหรับสนามของ point charge: .ศักยภาพของจุดที่กำหนดของสนามเท่ากับงานของการย้ายประจุบวกหนึ่งหน่วยจากจุดที่กำหนดไปยังอนันต์

ศักยภาพของสนามที่สร้างขึ้นโดยระบบของจุดประจุเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของศักย์ของประจุทั้งหมดเหล่านี้: .

การทำงานของสนามพลังเมื่อเคลื่อนประจุ คิว'จากจุดที่ 1 ถึงจุดที่ 2 เขียนได้ดังนี้

มูลค่า เรียกว่า ความต่างศักย์ (แรงดัน) ของสนามไฟฟ้า

ความตึงเครียดคืออะไรจริงๆ? เป็นวิธีอธิบายและวัดความแรงของสนามไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านั้นไม่สามารถดำรงอยู่ได้หากไม่มีสนามอิเล็กทรอนิกส์รอบๆ ประจุบวกและลบ เช่นเดียวกับสนามแม่เหล็กที่ล้อมรอบขั้วโลกเหนือและขั้วโลกใต้

ตามแนวคิดสมัยใหม่ อิเล็กตรอนไม่มีอิทธิพลซึ่งกันและกัน สนามไฟฟ้าเป็นสิ่งที่มาจากประจุหนึ่งและอีกประจุหนึ่งสามารถสัมผัสได้

สามารถพูดได้เช่นเดียวกันเกี่ยวกับแนวคิดของความตึงเครียด! มันช่วยให้เราจินตนาการได้ว่าสนามไฟฟ้าจะมีลักษณะอย่างไร พูดตามตรง มันไม่มีรูปร่าง ไม่มีขนาด ไม่มีรูปแบบใดๆ แต่สนามทำงานด้วยแรงบางอย่างบนอิเล็กตรอน

แรงและการกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุ

อิเล็กตรอนที่มีประจุจะถูกแรงด้วยความเร่งทำให้เคลื่อนที่เร็วขึ้นและเร็วขึ้น แรงนี้ทำงานเพื่อย้ายอิเล็กตรอน

เส้นสนามเป็นโครงร่างในจินตนาการที่ปรากฏรอบๆ ประจุ (กำหนดโดยสนามไฟฟ้า) และถ้าเราวางประจุใดๆ ในบริเวณนี้ จะเกิดแรง

คุณสมบัติเส้นเขตข้อมูล:

• เดินทางจากเหนือลงใต้
• ไม่มีทางแยกร่วมกัน

ทำไมเส้นแรงสองเส้นไม่ตัดกัน? เพราะมันไม่ได้เกิดขึ้นในชีวิตจริง สิ่งที่กำลังพูดคือแบบจำลองทางกายภาพและไม่มีอะไรเพิ่มเติม นักฟิสิกส์ประดิษฐ์ขึ้นเพื่ออธิบายพฤติกรรมและลักษณะของสนามไฟฟ้า โมเดลนี้ดีมาก แต่จำไว้ว่านี่เป็นเพียงแบบจำลอง เราจำเป็นต้องรู้ว่าบรรทัดดังกล่าวมีไว้เพื่ออะไร

เส้นแสดงพลัง:

• ทิศทางของสนามไฟฟ้า
• ความเครียด. ยิ่งเส้นใกล้มากเท่าไหร่ ความแรงของสนามก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน

หากเส้นแรงที่วาดของโมเดลของเราตัดกัน ระยะห่างระหว่างพวกมันจะเล็กลงอย่างไม่มีที่สิ้นสุด เนื่องจากความแรงของสนามเป็นรูปแบบหนึ่งของพลังงาน และเนื่องจากกฎพื้นฐานของฟิสิกส์ สิ่งนี้จึงเป็นไปไม่ได้

ศักยภาพคืออะไร?

ศักย์คือพลังงานที่ใช้ในการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุจากจุดแรกซึ่งมีศักย์เป็นศูนย์ไปยังจุดที่สอง

ความต่างศักย์ระหว่างจุด A และ B คือแรงที่กระทำโดยแรงที่จะเคลื่อนอิเล็กตรอนบวกบางตัวไปตามวิถีโคจรโดยพลการจาก A ไป B

ยิ่งศักยภาพของอิเล็กตรอนมากเท่าใด ความหนาแน่นของฟลักซ์ต่อหน่วยพื้นที่ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ปรากฏการณ์นี้คล้ายกับแรงโน้มถ่วง ยิ่งมวลมาก ศักยภาพก็ยิ่งมากขึ้น สนามโน้มถ่วงต่อหน่วยพื้นที่ก็ยิ่งเข้มข้นและหนาแน่นมากขึ้นเท่านั้น

ประจุไฟฟ้าศักย์ต่ำขนาดเล็กที่มีความหนาแน่นของฟลักซ์บาง ๆ จะแสดงในรูปต่อไปนี้

และด้านล่างเป็นประจุที่มีศักยภาพสูงและมีความหนาแน่นของฟลักซ์

ตัวอย่างเช่น ในช่วงพายุฝนฟ้าคะนอง อิเล็กตรอนจะหมดลงที่จุดหนึ่งและถูกรวบรวมไว้ที่อีกจุดหนึ่ง เกิดเป็นสนามไฟฟ้า เมื่อแรงเพียงพอที่จะทำลายการอนุญาต สายฟ้าฟาด (ประกอบด้วยอิเล็กตรอน) จะถูกสร้างขึ้น เมื่อทำให้ความต่างศักย์เท่ากัน สนามไฟฟ้าจะถูกทำลาย

สนามไฟฟ้าสถิต

นี่คือสนามไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เกิดจากประจุที่ไม่เคลื่อนที่ งานของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

โดยที่ r1 และ r2 คือระยะทางของประจุ q ไปยังจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายของวิถีการเคลื่อนที่ ตามสูตรที่ได้รับ จะเห็นได้ว่างานเมื่อเคลื่อนประจุจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิถี แต่ขึ้นอยู่กับจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการเคลื่อนที่เท่านั้น

แรงกระทำต่ออิเล็กตรอนแต่ละตัว ดังนั้น เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสนาม การทำงานบางอย่างจึงเกิดขึ้น

ในสนามไฟฟ้าสถิต การทำงานจะขึ้นอยู่กับปลายทางสุดท้ายเท่านั้น ไม่ใช่วิถีโคจร ดังนั้น เมื่อการเคลื่อนที่เกิดขึ้นในวงปิด ประจุจะมาถึงตำแหน่งเดิม และปริมาณงานจะเท่ากับศูนย์ เนื่องจากศักย์ตกมีค่าเป็นศูนย์ (เนื่องจากอิเล็กตรอนกลับมาที่จุดเดิม) เนื่องจากความต่างศักย์เป็นศูนย์ งานสุทธิจะเป็นศูนย์ด้วย เนื่องจากศักย์ตกมีค่าเท่ากับงานหารด้วยค่าของประจุ ซึ่งแสดงเป็นคูลอมบ์

บนสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ

สนามไฟฟ้าที่เป็นเนื้อเดียวกันถูกเรียกระหว่างแผ่นโลหะแบนที่มีประจุตรงข้ามสองแผ่น โดยที่เส้นแรงดึงขนานกัน

เหตุใดแรงที่กระทำต่อประจุในสนามดังกล่าวจึงเท่ากันเสมอ ขอบคุณความสมมาตร เมื่อระบบมีความสมมาตรและมีการเปลี่ยนแปลงการวัดเพียงรูปแบบเดียว การพึ่งพาทั้งหมดจะหายไป มีเหตุผลพื้นฐานอื่น ๆ อีกมากมายสำหรับคำตอบ แต่ปัจจัยสมมาตรนั้นง่ายที่สุด

งานย้ายประจุบวก

สนามไฟฟ้าคือการไหลของอิเล็กตรอนจาก "+" ถึง "-" นำไปสู่บริเวณที่มีความเข้มสูง

ไหลคือจำนวนเส้นสนามไฟฟ้าที่ผ่านมัน อิเลคตรอนที่เป็นบวกจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางใด คำตอบ: ในทิศทางของสนามไฟฟ้าจากบวก (ศักย์ไฟฟ้าสูง) ถึงลบ (ศักย์ไฟฟ้าต่ำ) ดังนั้นอนุภาคที่มีประจุบวกจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางนี้

ความเข้มของสนาม ณ จุดใด ๆ ถูกกำหนดให้เป็นแรงที่กระทำต่อประจุบวกที่จุดนั้น

งานประกอบด้วยการถ่ายโอนอนุภาคอิเล็กตรอนไปตามตัวนำ ตามกฎของโอห์ม คุณสามารถกำหนดงานด้วยรูปแบบต่างๆ ของสูตรเพื่อดำเนินการคำนวณ

จากกฎการอนุรักษ์พลังงานพบว่างานคือการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในส่วนที่แยกจากกันของห่วงโซ่ การย้ายประจุบวกไปเทียบกับสนามไฟฟ้าจำเป็นต้องทำงาน และผลลัพธ์ที่ได้คือพลังงานศักย์ที่เพิ่มขึ้น

บทสรุป

จากหลักสูตรของโรงเรียน เราจำได้ว่าสนามไฟฟ้าเกิดขึ้นรอบๆ อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า ประจุใดๆ ในสนามไฟฟ้าได้รับผลกระทบจากแรง และเป็นผลให้งานบางอย่างเสร็จสิ้นเมื่อประจุเคลื่อนที่ ประจุที่มากขึ้นจะสร้างศักย์ไฟฟ้าที่มากขึ้น ซึ่งจะสร้างสนามไฟฟ้าที่มีความเข้มข้นหรือแรงกว่า ซึ่งหมายความว่ามีการไหลและความหนาแน่นต่อหน่วยพื้นที่มากขึ้น

จุดสำคัญคือต้องทำงานด้วยแรงบางอย่างเพื่อย้ายประจุจากศักย์สูงไปยังประจุต่ำ สิ่งนี้จะช่วยลดความแตกต่างของประจุระหว่างขั้ว การย้ายอิเล็กตรอนจากกระแสไปยังจุดหนึ่งต้องใช้พลังงาน

เขียนความคิดเห็นเพิ่มเติมในบทความบางทีฉันอาจพลาดอะไรไป ลองดูที่ ฉันจะดีใจถ้าคุณพบสิ่งอื่นที่เป็นประโยชน์กับฉัน

ค่าไฟฟ้า อนุภาคมูลฐาน

ค่าไฟฟ้า ถาม - ปริมาณทางกายภาพที่กำหนดความเข้มของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

[q] = l Cl (คูลอมบ์).

อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอน นิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่ไม่มีประจุ อิเล็กตรอนมีประจุลบ จำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ดังนั้น อะตอมโดยรวมจึงเป็นกลาง

ค่าใช้จ่ายของร่างกายใด ๆ : q = ±ไม่มีโดยที่ e \u003d 1.6 * 10 -19 C เป็นประจุพื้นฐานหรือค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ (ประจุอิเล็กตรอน) เอ็น- จำนวนอิเล็กตรอนส่วนเกินหรือขาดหายไป ในระบบปิด ผลรวมเชิงพีชคณิตของประจุจะคงที่:

q 1 + q 2 + … + q n = คงที่

ประจุไฟฟ้าแบบจุดคือวัตถุที่มีประจุซึ่งมีขนาดเล็กกว่าระยะห่างจากวัตถุไฟฟ้าอีกอันหนึ่งที่มีปฏิสัมพันธ์กับมันหลายเท่า

กฎของคูลอมบ์

ประจุไฟฟ้าแบบจุดคงที่สองจุดในสุญญากาศทำปฏิกิริยากับแรงที่พุ่งตรงไปตามเส้นตรงที่เชื่อมต่อประจุเหล่านี้ โมดูลของแรงเหล่านี้เป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของประจุและแปรผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างพวกมัน:

ปัจจัยด้านสัดส่วน

ค่าคงที่ไฟฟ้าอยู่ที่ไหน

โดยที่ 12 คือแรงที่กระทำจากประจุที่สองไปยังประจุแรกและ 21 - จากประจุแรกไปยังประจุที่สอง

สนามไฟฟ้า. ความเครียด

ความจริงของการมีปฏิสัมพันธ์ของประจุไฟฟ้าในระยะไกลสามารถอธิบายได้จากการมีอยู่ของสนามไฟฟ้ารอบตัว - วัตถุที่เป็นวัตถุต่อเนื่องในอวกาศและสามารถกระทำกับประจุอื่นได้

สนามของประจุไฟฟ้าที่ไม่เคลื่อนที่เรียกว่าไฟฟ้าสถิต

ลักษณะของสนามคือความเข้ม

ความแรงของสนามไฟฟ้า ณ จุดที่กำหนดเป็นเวกเตอร์ที่มีโมดูลัสเท่ากับอัตราส่วนของแรงที่กระทำต่อประจุบวกจุดหนึ่งต่อขนาดของประจุนี้ และทิศทางจะตรงกับทิศทางของแรง

ความแรงของสนามของจุดประจุ ถามระยะทาง รจากนั้นเท่ากับ

หลักการซ้อนทับของเขตข้อมูล

ความแรงของสนามของระบบประจุเท่ากับผลรวมเวกเตอร์ของความแรงของสนามของแต่ละประจุของระบบ:

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกตัวกลางเท่ากับอัตราส่วนของความแรงของสนามในสุญญากาศและในสสาร:

มันแสดงให้เห็นว่าสสารทำให้สนามอ่อนลงกี่ครั้ง กฎของคูลอมบ์สำหรับประจุสองจุด ถามและ ถามตั้งอยู่ในระยะทาง รในสื่อที่มีการอนุญาต:

ความแรงของสนามในระยะไกล รจากค่าใช้จ่าย ถามเท่ากับ

พลังงานศักย์ของร่างกายที่มีประจุในสนามไฟฟ้าสถิตย์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน

ระหว่างจานขนาดใหญ่สองใบซึ่งมีเครื่องหมายตรงกันข้ามและอยู่ในแนวขนาน เราวางประจุแบบจุด ถาม.

เนื่องจากสนามไฟฟ้าระหว่างแผ่นเปลือกโลกมีความเข้มสม่ำเสมอ จึงมีแรงกระทำต่อประจุทุกจุด F = คิวอีซึ่งเมื่อประจุเคลื่อนไปเป็นระยะทางไกลๆ ก็จะทำงาน

งานนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี นั่นคือ เมื่อเคลื่อนประจุ ถามตามแนวใดก็ได้ แอลการทำงานจะเหมือนกัน

การทำงานของสนามไฟฟ้าสถิตในการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถีโคจร แต่จะถูกกำหนดโดยสถานะเริ่มต้นและสถานะสุดท้ายของระบบเท่านั้น เช่นเดียวกับในกรณีของสนามแรงโน้มถ่วง จะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ โดยมีเครื่องหมายตรงกันข้าม:

จากการเปรียบเทียบกับสูตรก่อนหน้านี้ จะเห็นได้ว่าพลังงานศักย์ของประจุในสนามไฟฟ้าสถิตสม่ำเสมอคือ:

พลังงานศักย์ขึ้นอยู่กับตัวเลือกของระดับศูนย์ ดังนั้นจึงไม่มีความหมายลึกซึ้งในตัวเอง

ศักยภาพของสนามไฟฟ้าสถิตและแรงดันไฟฟ้า

ศักยภาพสนามเรียกว่างานซึ่งเมื่อย้ายจากจุดหนึ่งของสนามไปยังอีกที่หนึ่งไม่ขึ้นอยู่กับรูปร่างของวิถี ศักยภาพคือสนามแรงโน้มถ่วงและสนามไฟฟ้าสถิต

งานที่ทำโดยสนามศักย์จะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์ของระบบ โดยมีเครื่องหมายตรงกันข้าม:

ศักยภาพ- อัตราส่วนของพลังงานศักย์ของประจุในสนามต่อค่าของประจุนี้:

ศักยภาพของสนามเอกพันธ์เท่ากับ

ที่ไหน ง- ระยะทางนับจากระดับศูนย์

พลังงานปฏิสัมพันธ์ของประจุที่อาจเกิดขึ้น ถามมีค่าเท่ากับสนาม

ดังนั้น การทำงานของสนามเพื่อย้ายประจุจากจุดที่มีศักย์ φ 1 ไปยังจุดที่มีศักย์ φ 2 คือ:

ค่าดังกล่าวเรียกว่าความต่างศักย์หรือความต่างศักย์

แรงดันหรือความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดคืออัตราส่วนของการทำงานของสนามไฟฟ้าเพื่อย้ายประจุจากจุดเริ่มต้นไปยังจุดสุดท้ายเป็นค่าของประจุนี้:

[U]=1J/Cl=1V

ความแข็งแกร่งของสนามและความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

เมื่อมีการเคลื่อนย้ายประจุ ถามตามแนวแรงของสนามไฟฟ้าที่มีความแรงเป็นระยะทาง Δ d สนามไฟฟ้าจะทำงาน

เนื่องจากตามคำนิยามแล้ว เราได้รับ:

ดังนั้น ความแรงของสนามไฟฟ้าจึงเท่ากับ

ดังนั้นความแรงของสนามไฟฟ้าจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของศักย์เมื่อเคลื่อนที่ไปตามแนวแรงต่อหน่วยความยาว

หากประจุบวกเคลื่อนไปตามทิศทางของเส้นสนาม ทิศทางของแรงจะสอดคล้องกับทิศทางการเคลื่อนที่ และการทำงานของสนามจะเป็นบวก:

จากนั้น นั่นคือความตึงเครียดจะพุ่งไปในทิศทางของการลดลงของศักยภาพ

ความตึงเครียดวัดเป็นโวลต์ต่อเมตร:

[E]=1 บ./ม

ความแรงของสนามคือ 1 V/m ถ้าแรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดสองจุดของเส้นสนาม ซึ่งอยู่ที่ระยะ 1 ม. คือ 1 V

ความจุไฟฟ้า

ถ้าเราวัดประจุเอง ถาม, รายงานไปยังร่างกายและศักยภาพ φ พบว่าพวกมันเป็นสัดส่วนโดยตรงซึ่งกันและกัน:

ค่า C แสดงถึงความสามารถของตัวนำในการสะสมประจุไฟฟ้าและเรียกว่าความจุไฟฟ้า ความจุของตัวนำขึ้นอยู่กับขนาด รูปร่าง และคุณสมบัติทางไฟฟ้าของตัวกลาง

ความจุไฟฟ้าของตัวนำสองตัวคืออัตราส่วนของประจุของหนึ่งในนั้นต่อความต่างศักย์ระหว่างพวกมัน:

ความจุของร่างกายคือ 1 ฉถ้าเมื่อจ่ายประจุ 1 C เข้าไป มันจะได้ศักย์ไฟฟ้า 1 V

ตัวเก็บประจุ

ตัวเก็บประจุ- ตัวนำสองตัวคั่นด้วยไดอิเล็กตริกซึ่งทำหน้าที่สะสมประจุไฟฟ้า ประจุของตัวเก็บประจุเป็นที่เข้าใจกันว่าเป็นโมดูลัสประจุของเพลตหรือเพลตตัวใดตัวหนึ่ง

ความสามารถของตัวเก็บประจุในการเก็บประจุนั้นถูกกำหนดโดยความจุไฟฟ้าซึ่งเท่ากับอัตราส่วนของประจุของตัวเก็บประจุต่อแรงดัน:

ความจุของตัวเก็บประจุคือ 1 F ถ้าที่แรงดัน 1 V ประจุของมันคือ 1 C

ความจุของตัวเก็บประจุแบบแบนเป็นสัดส่วนโดยตรงกับพื้นที่ของแผ่น ส, การอนุญาตของตัวกลาง และแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก ง:

พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุ

การทดลองที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่า W=ศจ.2 /2

เพราะ q=CU, แล้ว

ความหนาแน่นของพลังงานสนามไฟฟ้า

ที่ไหน V=Sdคือปริมาตรของสนามภายในตัวเก็บประจุ กำหนดว่าความจุของตัวเก็บประจุแบบแบน

และความตึงบนผิวของมัน U=เอ็ด

เราได้รับ:

ตัวอย่าง.อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าจากจุดที่ 1 ถึงจุดที่ 2 เพิ่มความเร็วจาก 1,000 เป็น 3,000 กม./วินาที กำหนดความต่างศักย์ระหว่างจุดที่ 1 และ 2

หนึ่งในแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับไฟฟ้าคือสนามไฟฟ้าสถิต คุณสมบัติที่สำคัญของมันคือการเคลื่อนที่ของประจุในสนามไฟฟ้า ซึ่งสร้างโดยประจุแบบกระจายที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลา

เงื่อนไขการทำงาน

แรงในสนามไฟฟ้าสถิตจะเคลื่อนประจุจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง มันไม่ได้รับผลกระทบจากรูปร่างของวิถี คำจำกัดความของแรงขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเท่านั้น เช่นเดียวกับจำนวนประจุทั้งหมด

จากสิ่งนี้เราสามารถสรุปได้ดังต่อไปนี้: หากวิถีการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้าปิดลงงานของแรงทั้งหมดในสนามไฟฟ้าสถิตจะมีค่าเป็นศูนย์ ในกรณีนี้ รูปร่างของวิถีไม่สำคัญ เนื่องจากแรงคูลอมบ์สร้างงานเดียวกัน เมื่อทิศทางที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่กลับด้าน แรงเองก็เปลี่ยนเครื่องหมายด้วย ดังนั้นวิถีโคจรแบบปิด โดยไม่คำนึงถึงรูปร่าง จะเป็นตัวกำหนดว่างานทั้งหมดที่เกิดจากแรงคูลอมบ์มีค่าเท่ากับศูนย์

หากประจุหลายจุดมีส่วนร่วมในการสร้างสนามไฟฟ้าสถิตพร้อมกัน งานทั้งหมดจะเป็นผลรวมของงานที่ดำเนินการโดยสนามคูลอมบ์ของประจุเหล่านี้ งานทั้งหมด โดยไม่คำนึงถึงรูปร่างของเส้นทางโคจร จะถูกกำหนดโดยตำแหน่งของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดเท่านั้น

แนวคิดของพลังงานศักย์ของประจุ

ลักษณะของสนามไฟฟ้าสถิตช่วยให้คุณกำหนดพลังงานศักย์ของประจุใด ๆ นอกจากนี้ด้วยความช่วยเหลือของมัน การทำงานของการเคลื่อนที่ของประจุในสนามไฟฟ้าจะถูกกำหนดอย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ในการรับค่านี้ จำเป็นต้องเลือกจุดใดจุดหนึ่งในอวกาศและพลังงานศักย์ของประจุที่วางไว้ ณ จุดนี้

ประจุที่จุดใด ๆ จะมีพลังงานศักย์เท่ากับงานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าสถิตระหว่างการเคลื่อนที่ของประจุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

ในแง่ทางกายภาพ พลังงานศักย์เป็นค่าสำหรับแต่ละจุดที่แตกต่างกันสองจุดในอวกาศ ในขณะเดียวกันงานในการเคลื่อนย้ายประจุนั้นไม่ขึ้นกับเส้นทางการเคลื่อนที่และจุดที่เลือก ศักยภาพของสนามไฟฟ้าสถิตที่จุดเชิงพื้นที่ที่กำหนดจะเท่ากับงานที่ทำโดยแรงทางไฟฟ้าเมื่อประจุบวกหนึ่งหน่วยถูกลบออกจากจุดนี้ไปยังอวกาศที่ไม่มีที่สิ้นสุด

งานของสนามไฟฟ้า

ประจุใด ๆ ที่อยู่ในสนามไฟฟ้าจะได้รับผลกระทบจากแรง ในเรื่องนี้ เมื่อประจุเคลื่อนที่ในสนาม การทำงานบางอย่างของสนามไฟฟ้าจะเกิดขึ้น วิธีการคำนวณงานนี้?

การทำงานของสนามไฟฟ้าคือการถ่ายโอนประจุไฟฟ้าไปตามตัวนำ มันจะเท่ากับผลคูณของแรงดันไฟฟ้าและเวลาที่ใช้ในการทำงาน

ด้วยการใช้สูตรของกฎของโอห์ม เราจะได้สูตรต่างๆ มากมายสำหรับการคำนวณการทำงานของกระแส:

A = U˖I˖t = I²R˖t = (U²/R)˖t

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน การทำงานของสนามไฟฟ้าจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานของส่วนเดียวของวงจร ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาจากตัวนำจะเท่ากับการทำงานของกระแสไฟฟ้า

เราแสดงออกในระบบ SI:

[A] = V˖A˖s = W˖s = เจ

1 กิโลวัตต์ชั่วโมง = 3600000 เจ

มาทำการทดลองกันเถอะ พิจารณาการเคลื่อนที่ของประจุในสนามเดียวกัน ซึ่งเกิดจากแผ่น A และ B สองแผ่นที่ขนานกันและมีประจุตรงข้ามกัน ในสนามดังกล่าว เส้นแรงจะตั้งฉากกับแผ่นเปลือกโลกเหล่านี้ตลอดความยาวของแผ่นเปลือกโลก และเมื่อแผ่น A มีประจุบวก E จะถูกนำจาก A ไป B

สมมติว่าประจุบวก q เคลื่อนที่จากจุด a ไปยังจุด b ตามเส้นทางที่กำหนด ab = s

เนื่องจากแรงที่กระทำต่อประจุที่อยู่ในสนามจะเท่ากับ F \u003d qE งานที่ทำเมื่อประจุเคลื่อนที่ในสนามตามเส้นทางที่กำหนดจะถูกกำหนดโดยความเท่าเทียมกัน:

A = Fs cos α หรือ A = qFs cos α

แต่ s cos α = d โดยที่ d คือระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก

จากที่นี่: A = qEd

สมมติว่าตอนนี้ประจุ q จะย้ายจาก a และ b เป็น ab งานของสนามไฟฟ้าที่ทำบนเส้นทางนี้เท่ากับผลรวมของงานที่ทำในแต่ละส่วน: ac = s₁, cb = s₂, เช่น

A = qEs₁ cos α₁ + qEs₂ cos α₂,

A = qE(s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂,)

แต่ s₁ cos α₁ + s₂ cos α₂ = d และในกรณีนี้ A = qEd

นอกจากนี้ สมมติว่าประจุ q เคลื่อนที่จาก a ไป b ตามเส้นโค้งโดยพลการ ในการคำนวณงานที่ทำบนเส้นทางโค้งที่กำหนดจำเป็นต้องแบ่งเขตข้อมูลระหว่างเพลต A และ B ด้วยจำนวนที่แน่นอนซึ่งจะอยู่ใกล้กันมากจนสามารถพิจารณาแต่ละส่วนของเส้นทางระหว่างระนาบเหล่านี้ได้ .

ในกรณีนี้ การทำงานของสนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในแต่ละส่วนของเส้นทางจะเท่ากับ A₁ = qEd₁ โดยที่ d₁ คือระยะห่างระหว่างระนาบสองระนาบที่อยู่ติดกัน และงานทั้งหมดบนเส้นทางทั้งหมด d จะเท่ากับผลคูณของ qE และผลรวมของระยะทาง d₁ เท่ากับ d ดังนั้น เนื่องจากเส้นทางโค้ง งานที่สมบูรณ์แบบจะเท่ากับ A = qEd

ตัวอย่างที่เราได้พิจารณาแสดงให้เห็นว่าการทำงานของสนามไฟฟ้าในการเคลื่อนที่ของประจุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นทางการเคลื่อนที่ แต่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดเหล่านี้ในสนามเท่านั้น

นอกจากนี้ เรารู้ว่างานที่กระทำโดยแรงโน้มถ่วงเมื่อเคลื่อนย้ายวัตถุไปตามระนาบเอียงที่มีความยาว l จะเท่ากับงานที่ร่างกายทำเมื่อตกจากที่สูง h และความสูงของระนาบเอียง ซึ่งหมายความว่างานหรือโดยเฉพาะอย่างยิ่งงานระหว่างการเคลื่อนไหวของร่างกายในสนามแรงโน้มถ่วงนั้นไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นทาง แต่ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความสูงของจุดแรกและจุดสุดท้ายเท่านั้น ของเส้นทาง

ดังนั้นจึงสามารถพิสูจน์ได้ว่าไม่เพียง แต่เป็นเนื้อเดียวกันเท่านั้น แต่ยังมีสนามไฟฟ้าใด ๆ ที่สามารถมีคุณสมบัติที่สำคัญเช่นนี้ได้ แรงโน้มถ่วงมีคุณสมบัติคล้ายกัน

การทำงานของสนามไฟฟ้าสถิตในการเคลื่อนย้ายจุดประจุจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่งถูกกำหนดโดยอินทิกรัลเชิงเส้น:

A₁₂ = ∫ L₁₂q (เอ็ด),

โดยที่ L₁₂ คือวิถีการเคลื่อนที่ของประจุ dl คือการเคลื่อนที่เพียงเล็กน้อยตามวิถีการเคลื่อนที่ หากรูปร่างปิดอยู่ สัญลักษณ์ ∫ จะถูกใช้สำหรับอินทิกรัล ในกรณีนี้ จะถือว่ามีการเลือกทิศทางการเคลื่อนที่ของเส้นชั้นความสูง

การทำงานของแรงไฟฟ้าสถิตไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นทาง แต่ขึ้นอยู่กับพิกัดของจุดแรกและจุดสุดท้ายของการเคลื่อนไหวเท่านั้น ดังนั้นจุดแข็งของสนามจึงเป็นแบบอนุรักษ์นิยมในขณะที่สนามนั้นมีศักยภาพ เป็นที่น่าสังเกตว่างานของคนใดคนหนึ่งตามเส้นทางปิดจะเท่ากับศูนย์