Работа сил электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов

урок 49

Работа сил электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов

10 база

Домашнее задание

П. 62, 63,стр. 339 №1, 2

Повторение «Электрическое поле»

• 1. Как взаимодействуют электрические заряды?
• 2. Что называется электрическим полем?
• 3. Что называется напряженностью?
• 4. Как направлен вектор напряженности?
• 5. В чем заключается принцип суперпозиции?
• 6. Какое поле называется однородным и как его получить?

ПОВТОРЕНИЕ

• Куда направлен (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) вектор напряжённости результирующего электрического поля E в точке A

Ответ: вправо

ПОВТОРЕНИЕ

• Какие величины входят в формулы?

Работа сил электростатического поля. Потенциал. Разность потенциалов

РАБОТА И ЭНЕРГИЯ в механике

Работа совершается тогда, когда под действием силы тело перемещается

A = Fs · cos α

Знак работы зависит от угла α

Потенциальная энергия определяется взаимным расположением взаимодействующих тел ( например, тело у поверхности Земли)

РАБОТА ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА

Заряженные тела притягивают или отталкивают друг друга.

При перемещении заряженных тел, например листочков электроскопа, действующие на них силы совершают работу.

Определение: Система, способная совершить работу благодаря взаимодействию тел друг с другом, обладает потенциальной энергией. Система заряженных тел обладает потенциальной энергией , называемой электростатической или электрической

Энергия взаимодействия электронов с ядром в атоме и энергия взаимодействия атомов друг с другом в молекулах - это в основном электрическая энергия.   

С точки зрения теории близкодействия на заряд непосредственно действует электрическое поле, созданное другим зарядом. При перемещении заряда действующая на него со стороны поля сила совершает работу.

Таким образом, заряженное тело в электрическом поле обладает энергией.

Вычислим работу, совершаемую полем при перемещении положительного заряда q из точки 1 , находящейся на расстоянии d 1 от левой пластины, в точку 2 , расположенную на расстоянии d 2 от нее. Точки 1 и 2 лежат на одной силовой линии.

(1)

Работа однородного электростатического поля по перемещению электрического заряда.

Работа электрического поля не зависит от траектории движения заряда, а только от начального и конечного положения заряда.

Потенциальная энергия

Работа электростатической силы не зависит от формы траектории, точки ее приложения, эта сила является консервативной .

Работа, согласно формуле, равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

(2)

Тогда потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле равна:

(3)

   Формула (3) подобна формуле для потенциальной энергии тела E=mgh. Но заряд q в отличие от массы может быть как положительным, так и отрицательным.

1. Если поле совершает положительную работу, то потенциальная энергия заряженного тела в поле уменьшается :

Одновременно согласно закону сохранения энергии растет его кинетическая энергия.

2. Если работа отрицательна то .

Потенциальная энергия растет, а кинетическая энергия уменьшается; частица тормозится.

На замкнутой траектории, когда заряд возвращается в начальную точку, работа поля равна нулю:

Потенциал

Потенциал – энергетическая характеристика электрического поля – она определяет энергию, которую приобретает заряженная частица в электрическом поле.

(вольт)

А

С

Е

В

Разность потенциалов

Значение потенциала в данной точке зависит от выбора точки, потенциал которой принимается равным нулю.

Изменение потенциала не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала.

Т.к , то работа сил поля:

Тогда - разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории или разность потенциалов.

Разность потенциалов называют напряжением.

Согласно формуле:

Разность потенциалов между двумя точками оказывается равной:

Определение : Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении положительного заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда.

Пусть заряд q перемещается в направлении вектора напряженности однородного электрического поля из точки 1 в точку 2 , находящуюся на расстоянии

Электрическое поле совершает работу:

Работу можно представить через разность потенциалов:

Выражаем напряженность электрического поля из формулы (1) и подставляем (2)

Чем меньше меняется потенциал на расстоянии, тем меньше напряженность электростатического поля.

Так как при перемещении положительного заряда в направлении вектора напряженности электростатического поля совершает положительную работу, то потенциал в начальной точке больше потенциала в конечной точке, следовательно напряженность электростатического поля направлена в сторону убывания потенциала.

Потенциал

Е

E

+

0

r

Е

-

" width="640"

Потенциал

• Поверхности равного потенциала называют эквипотенциальными поверхностями.
• Эквипотенциальные поверхности перпендикулярны линиям напряженности.

B

A

Е

A

Е

B

Закрепление

• При перемещении заряда между точками с разностью потенциалов 1 кВ электрическое поле совершило работу 40 мкДж. Чему равен заряд?
• В однородном электрическом поле напряженностью 60 кВ/м переместили заряд 5 нКл. Перемещение, равное по модулю 20 см, образует угол 60° с направлением силовой линии. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии взаимодействия заряда и поля и напряжение между начальной и конечной точками перемещения. Дать ответы на те же вопросы для случая перемещения отрицательного заряда.

Δd

Δ d

Δd

Δ d

Δd

Δd

Δd

Δd

Δd

Δd

Самостоятельно а)1 вариант, б)2 вариант, в)3вариант

• Точка А лежит на линии напряженности однородного поля, напряженность которого 60 кВ/м. Найти разность потенциалов между этой точкой и точкой В, расположенной в 10 см от точки А. Рассмотреть случаи, когда точки А и В лежат: а) на одной линии напряженности; б) на прямой, перпендикулярной линии напряженности; в) на прямой, направленной под углом 45° к линиям напряженности.