NộI Dung
- Điện trường, giải thích
- Mối quan hệ giữa trọng lực và điện trường
- Phương trình năng lượng điện
- Tiềm năng điện giữa hai lần sạc
- Ví dụ về năng lượng điện
Khi bạn lần đầu tiên thực hiện một nghiên cứu về chuyển động của các hạt trong điện trường, có một cơ hội chắc chắn rằng bạn đã học được điều gì đó về trường hấp dẫn và trường hấp dẫn.
Khi điều đó xảy ra, nhiều mối quan hệ và phương trình quan trọng chi phối các hạt có khối lượng có các đối tác trong thế giới của các tương tác tĩnh điện, tạo nên sự chuyển tiếp suôn sẻ.
Có lẽ bạn đã học được rằng năng lượng của một hạt có khối lượng và vận tốc không đổi v là tổng của động năng EK, được tìm thấy bằng cách sử dụng mối quan hệ mv2/2 và năng lượng hấp dẫn EP, được tìm thấy bằng cách sử dụng sản phẩm mgh Ở đâu g là gia tốc do trọng lực và h là khoảng cách dọc.
Như bạn sẽ thấy, việc tìm ra năng lượng điện của một hạt tích điện liên quan đến một số toán học tương tự.
Điện trường, giải thích
Một hạt tích điện Q thiết lập một điện trường E có thể được hình dung như một chuỗi các đường tỏa ra đối xứng ra ngoài theo mọi hướng từ hạt. Lĩnh vực này truyền đạt một lực lượng ĐỤ trên các hạt tích điện khác q. Độ lớn của lực được chi phối bởi hằng số Coulomb k và khoảng cách giữa các khoản phí:
F = frac {kQq} {r ^ 2}k có cường độ 9 × 109 N m2/ C2, Ở đâu C là viết tắt của Coulomb, đơn vị cơ bản của điện tích trong vật lý. Nhớ lại rằng các hạt tích điện dương thu hút các hạt tích điện âm trong khi các điện tích đẩy lùi.
Bạn có thể thấy rằng lực giảm với nghịch đảo Quảng trường về khoảng cách ngày càng tăng, không chỉ đơn thuần là "với khoảng cách", trong trường hợp đó r sẽ không có số mũ.
Các lực lượng cũng có thể được viết ĐỤ = qEhoặc cách khác, điện trường có thể được biểu thị như E = ĐỤ/q.
Mối quan hệ giữa trọng lực và điện trường
Một vật thể lớn như một ngôi sao hoặc hành tinh có khối lượng M thiết lập một trường hấp dẫn có thể được hình dung theo cách tương tự như một điện trường. Lĩnh vực này truyền đạt một lực lượng ĐỤ trên các vật thể khác có khối lượng m theo cách giảm độ lớn với bình phương khoảng cách r giữa họ:
F = frac {GMm} {r ^ 2}Ở đâu G là hằng số hấp dẫn phổ quát.
Sự tương đồng giữa các phương trình này và phương trình trong phần trước là rõ ràng.
Phương trình năng lượng điện
Công thức của năng lượng tĩnh điện, được viết Bạn đối với các hạt tích điện, chiếm cả cường độ và cực tính của các điện tích và sự phân tách của chúng:
U = frac {kQq} {r}Nếu bạn nhớ lại công việc đó (có đơn vị năng lượng) là khoảng cách lực lần, thì điều này giải thích tại sao phương trình này khác với phương trình lực chỉ bởi một "r"trong mẫu số. Nhân số trước với khoảng cách r đưa ra cái sau.
Tiềm năng điện giữa hai lần sạc
Tại thời điểm này, bạn có thể tự hỏi tại sao đã có quá nhiều cuộc nói chuyện về điện tích và điện trường, nhưng không đề cập đến điện áp. Số lượng này, V, chỉ đơn giản là năng lượng điện năng trên mỗi đơn vị điện tích.
Sự khác biệt tiềm năng điện đại diện cho công việc sẽ phải được thực hiện đối với điện trường để di chuyển một hạt q chống lại hướng ngụ ý của lĩnh vực này. Đó là, nếu E được tạo ra bởi một hạt tích điện dương Q, V là công việc cần thiết trên mỗi đơn vị điện tích để di chuyển hạt tích điện dương khoảng cách r giữa chúng và cũng để di chuyển một hạt tích điện âm có cùng điện tích một khoảng cách r xa từ Q.
Ví dụ về năng lượng điện
Một hạt q với điện tích +4.0 nanocoulomb (1 nC = 10 –9 Coulombs) là một khoảng cách r = 50 cm (tức là 0,5 m) so với điện tích của L8.0 nC. Năng lượng tiềm năng của nó là gì?
started {căn chỉnh} U & = frac {kQq} {r} & = frac {(9 × 10 ^ 9 ; {N} ; {m} ^ 2 / {C} ^ 2 ) × (+8.0 × 10 ^ {- 9} ; {C}) × (mật4.0 × 10 ^ {- 9} ; {C})} {0.5 ; {m}} & = 5.76 × 10 ^ {- 7} ; {J} end {căn chỉnh}Các dấu hiệu tiêu cực dẫn đến các khoản phí ngược lại và do đó thu hút lẫn nhau. Lượng công việc phải được thực hiện để dẫn đến một sự thay đổi nhất định về năng lượng tiềm năng có cùng độ lớn nhưng ngược lại và trong trường hợp này phải thực hiện công việc tích cực để tách các điện tích (giống như nâng vật lên chống lại trọng lực).