Тема: Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов.
10 класс
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 эл. 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 .
Тогда ее 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 материала
- 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.
Самостоятельно а)-1 вариант б)- 2 вариант
- 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.