ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Потенциальность электростатического поля
Пусть точечный заряд q перемещается по произвольной траектории в электростатическом поле из точки 1 в точку 2 под действием нескольких сил. Нас интересует сила 
, действующая на заряд со стороны электростатического поля. При заданном перемещении заряда она совершает работу А1э.
Электростатическое поле обладает удивительным свойством. Оказывается, что эта работа не зависит от траектории, по которой перемещается заряд в электростатическом поле, а определяется только его начальным и конечным положениями (расположением точек 1 и 2). Это свойство называется потенциальностью (консервативностью). Следует понимать, что именно электростатическое поле является потенциальным, произвольное электрическое - нет.
Потенциальная энергия точечного заряда
В связи с этим свойством для удобного расчета работы Аэ сил электростатического поля вводится понятие потенциальной энергии Wп точечного заряда в электростатическом поле.
Потенциальной энергией Wп точечного заряда в электростатическом поле называется скалярная (числовая) функция Wп=Wп(x,y,z) координат пространства такая, что работа сил Aэ электростатического поля при перемещении этого заряда по произвольной траектории из точки 1 в точку 2 равна разности значений этой функции в этих точках:
Aэ = Wп1-Wп2
где Wп1= Wп(x1,y1,z1) - потенциальная энергия в точке 1,
Wп2= Wп(x2,y2,z2) потенциальная энергия в точке 2.
|
|
|
Чтобы определить значение потенциальной энергии, требуется выбрать нуль потенциальной энергии (точку отсчета, физический смысл имеет лишь разность потенциальных энергий).
Wп = qEd,
где d – расстояние заряда относительно точки отсчета.
Потенциальная энергия Wп точечного заряда зависит как от электростатического поля, так и от величины самого заряда. Выходит, различные точечные заряды в одной и той же точке имеют разные потенциальные энергии, что не очень удобно.
В связи с этим было введено понятие электрического потенциала φ.
Было установлено, что отношение Wп/q не зависит от величины q, следовательно, является характеристикой только электростатического поля. Ее и назвали электрическим потенциалом φ:
Электрический потенциал φ - энергетическая характеристика электростатического поля.
Потенциалом электрического поля заряда Q в определенной точке поля называют величину, численно равную работе, которую совершает поле, перемещая пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом, из данной точки в бесконечность:
Единица потенциала
Потенциал данной точки поля равен 1 В, если при переносе пробного тела с зарядом в 1 Кл из данной точки в бесконечность совершается работа в 1 Дж.
|
|
|
Так как потенциал φ = Wп/q = qEd/q = Ed, следовательно Е = φ/ d.
Отсюда единица напряженности
[ E] = В/м
Потенциалом электростатического поля называется скалярная (числовая) функция φ = φ(x,y,z) координат пространства, такая, что работа сил Aэ электростатического поля при перемещении произвольного точечного заряда по произвольной траектории из точки 1 в точку 2 равна разности значений этой функции в этих точках, умноженной на q:
Aэ = q*(φ1-φ2)
где φ1 = φ(x1,y1,z1) потенциал в точке 1, φ2 = φ(x2,y2,z2) потенциал в точке 2.
φ1 - φ2 = Аэ/q
Выводы.
· Работа сил электростатического поля по перемещению точечного заряда не зависит от траектории его движения, а определяется только начальным и конечным положениями заряда.
· Для удобного расчета работы сил электростатического поля вводятся понятия потенциальной энергии и потенциала.
· Потенциальная энергия зависит как от заряда , так и от электростатического поля. Потенциал электростатического поля зависит только от свойств самого поля.
В однородном электростатическом поле связь между напряженностью E и разностью потенциалов φ1 – φ2 между точками 1 и 2 задается соотношением:
|
|
|
φ1 – φ2 = E *d
где d расстояние между этими точками вдоль силовых линий этого поля.
Величну φ1 – φ2 = U – называют разностью потенциалов или напряжением, измеряется в вольтах (В).
Таким образом, электрическим НАПРЯЖЕНИЕМ или разностью потенциалов между двумя точками поля называют величину, численно равную работе, которую совершает поле, перемещая между этими точками пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом.
Дата добавления: 2022-11-11; просмотров: 25; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!