Потенциална енергия чрез потенциална разлика. За потенциалната разлика, електродвижещата сила и напрежението

Електростатичното поле е потенциално поле. Концепцията за потенциални силови полета беше въведена в курс по механика. Полето се нарича потенциално, ако работата, извършена от силите на това поле при преместване от една точка в друга, не зависи от формата на траекторията, а се определя само от началната и крайната позиция.

Потенциално е всяко централно поле, в което силата зависи само от разстоянието до силовия център и е насочена по радиуса. Доказателството на това твърдение беше обсъдено в курса по механика. Електростатичното поле, създадено от самотен точков заряд, се описва от закона на Кулон. Това поле е сферично симетрично и представлява специален случайцентрално поле. Това предполага потенциалния характер електростатично полеточков заряд.

В съответствие с принципа на суперпозицията силата на електростатичното поле, създадено от всяко, независимо колко сложно, разпределение на стационарни заряди е векторната сума на напрегнатостта на полето, създадено от всеки заряд поотделно. Силата, действаща върху движещия се тестов заряд, се определя от общата напрегнатост на полето. Следователно работата, извършена при преместване на пробния заряд, е равна на сумата от работата, извършена от силите, действащи от страна на отделните точкови заряди. Работата, извършена от всяка такава сила, не зависи от формата на траекторията. Следователно общата работа - работата на резултантната сила - също не зависи от траекторията, което доказва потенциалната природа на всяко електростатично поле.

Потенциална енергия. За заряд в електростатично поле, както в случая на всяко потенциално поле, можем да въведем понятието потенциална енергия. Потенциалната енергия на заряд във всяка точка на полето се определя като работата, извършена от силите на полето при преместване на заряд от тази точка до някаква фиксирана точка, потенциалната енергия в която се приема за нула. Можем да го кажем по друг начин: тази потенциална енергия е равна на извършената работа външни силикогато заряд се прехвърля от избрана фиксирана точка към дадена точка в полето. Изборът на фиксирана точка с нулева потенциална енергия е произволен. Следователно потенциалната енергия на заряда в полето се определя с точност до някаква адитивна константа. Тази двусмисленост на потенциалната енергия няма ефект върху физически резултати, тъй като при всички специфични изчисления има значение само промяната в енергията при прехвърляне на заряд от една точка на полето към друга.

потенциал електрическо поле. Силата, действаща върху заряда, е електрическо поле E е пропорционална на заряда: Следователно както работата, извършена по време на някакво движение на заряда, така и неговата

потенциалната енергия също е пропорционална на заряда.В резултат на това е удобно да се разглежда потенциалната енергия за единица заряд. Получената енергийна характеристика на електростатичното поле се нарича потенциал.

Потенциалът в определена точка на полето се определя като съотношението на работата А, извършена от силите на полето при преместване на тестов заряд от дадена точка на полето до фиксирана точка, чийто потенциал се приема за нула, към тази такса:

Само потенциалната разлика между точките има физическо значение, а не потенциалните стойности на самите точки.

Потенциал на полето на точков заряд.За електростатичното поле на точков заряд е удобно да се избере точка в безкрайност като точка с нулев потенциал. Тогава изразът за потенциала на точка, разположена на разстояние от заряда, създаващ полето, има формата

Да припомним, че в системата от единици SGSE и в SI. Съответно формула (2) е написана в една от двете форми:

Подчертаваме, че във формули (2) и (2а) за потенциала има заряд, създаващ поле (а не модул на заряда, както във формули (4) и (4а) от предходния параграф за модула на напрегнатост на полето). Потенциалът на полето, създадено от положителен заряд, е положителен навсякъде, тъй като работата, извършена от силите на това поле при преместване на положителен пробен заряд до безкрайност от всяка точка на полето, е положителна. По същия начин потенциалът на полето на отрицателен заряд е отрицателен навсякъде. Всичко това, както и самите формули (2) и (2а), е вярно, разбира се, когато се избира точката на нулев потенциал в безкрайността.

Същата формула (2) изразява потенциала на полето извън еднакво заредена топка, тъй като нейното поле е неразличимо от полето на същия точков заряд, поставен в центъра на топката. Във всички точки вътре в такава топка, където напрегнатостта на полето е нула, потенциалът е същият и има същата стойност като на повърхността на топката.

Потенциалната енергия на определен заряд, поставен в електростатично поле, е равна на произведението от потенциала на точката в полето, където се намира този заряд:

Ако зарядът е в поле, създадено от друг точков заряд, тогава неговата потенциална енергия, като се вземе предвид (2), има формата

При еднакви заряди, т.е. при отблъскване, потенциалната енергия е положителна и намалява, когато зарядите се разделят. При противоположни заряди, т.е. при привличане, електростатичната потенциална енергия, подобно на потенциалната енергия в гравитационното поле, е отрицателна и нараства, когато зарядите се разделят.

Принцип на суперпозиция за потенциал.В съответствие с принципа на суперпозицията потенциалът на произволна точка в поле от няколко заряда, както следва от дефиницията на потенциала, е равен на алгебричната сума на потенциалите, създадени в тази точка от всички заряди:

В този случай точката на нулев потенциал е избрана да бъде обща за всички заряди.

Работа с електрическо поле. Волтаж.Работата, извършена от силите на електростатичното поле при преместване на определен заряд от една точка в друга, е равна на произведението на прехвърления заряд и потенциалната разлика между началната и крайната точка:

Израз (6) следва от определението за потенциал.

Потенциалната разлика между две точки обикновено се нарича напрежение от точка до точка (или просто напрежение)

Както се вижда от (6), работата на полевите сили при преместване на заряд от една точка в друга е равна на произведението на прехвърления заряд и напрежението:

Потенциалът, потенциалната разлика и напрежението се измерват в едни и същи единици. В SGSE тази единица няма специално име, но в SI единицата за напрежение се нарича волт.Когато заряд от един кулон се движи между точки с потенциална разлика от един волт, електрическите сили правят един джаул от работа:

Еквипотенциални повърхности.Визуално графично изображениеелектростатичните полета са възможни не само с помощта на картина електропроводи, даващи представа за интензитета във всяка точка на полето, но и с помощта на еквипотенциални повърхности. Еквипотенциалната повърхност е набор от точки, в които потенциалът има еднаква стойност.

Ориз. 13. Линии на напрежение и еквипотенциални повърхности на електрическото табло на точковия заряд

Обикновено напречното сечение на тези повърхности се изобразява от някаква равнина (равнина на чертеж), така че на чертежите те изглеждат като линии. Например за електростатичното поле на точков заряд еквипотенциалните повърхности са концентрични сфери с общ център в точката, където се намира зарядът, създаващ полето. На фиг. 13 напречни сечения на тези сфери изглеждат като концентрични кръгове.

Линиите на електростатичното поле са перпендикулярни на еквипотенциалните повърхности. Всъщност, ако мислено преместите пробния заряд по еквипотенциалната повърхност, тогава работата, както се вижда от (8), е равна на нула. По този начин силата на електрическото поле не извършва никаква работа и това е възможно, ако силата е перпендикулярна на изместването.

Два начина за изобразяване на електростатични полета - силови линии и еквипотенциални повърхности - са еквивалентни: като имате една от тези картини, можете лесно да конструирате другата. Особено ясни са рисунките, които изобразяват и двете картини (фиг. 14).

Ориз. 14. Линии на напрежение и еквипотенциални повърхности на полето на различни (а) и подобни (б) точкови заряди с еднаква величина

Връзката между напрежение и потенциал.Силата на електростатичното поле и неговият потенциал са свързани помежду си. Тази връзка е лесна за намиране, като се вземе предвид работата на силите на полето с толкова малко изместване на пробния заряд, че силата на полето може да се счита за постоянна. От една страна, тази работа е равна на скаларното произведение на сила и преместване, т.е. От друга страна, тази работа, в съответствие с (8), е равна на произведението на заряда и потенциалната разлика, т.е. знакът минус тук възниква, защото потенциалното увеличение по дефиниция е равно на разликата между потенциала стойности в крайната и началната точка: Приравнявайки двата израза за работа, получаваме

Скаларният продукт може да бъде представен като продукт на проекцията на опън върху посоката на вектора на преместване и модула на това изместване

Посоката на движение може да бъде избрана произволно. Избирайки го по една от координатните оси, от (10) получаваме израз за проекцията на вектора E върху съответната ос:

Подчертаваме, че в числителите на тези изрази, в съответствие с (9), има потенциални увеличения за малки премествания по съответните координатни оси.

Енергия на система от заряди.Досега разглеждахме потенциалната енергия на определен заряд, поставен в електростатично поле, създадено от други заряди, чието местоположение в пространството се считаше за непроменено. Въпреки това, по отношение на тяхната физическа природа, тестовите заряди и зарядите - източници на поле не се различават, а потенциалната енергия на заряд в полето е енергията на взаимодействие на тези заряди. Следователно в някои случаи е удобно да се даде симетрична форма на израза за потенциална енергия, така че всички заряди - както източници на поле, така и тестови - да изглеждат равни. За два взаимодействащи точкови заряда вече е намерена такава симетрична форма на изразяване на потенциалната енергия - това е формула (4). Предполага се, че потенциалната енергия е нула, когато зарядите са разделени от безкрайно голямо разстояние.

В по-сложни случаи, когато се разглеждат няколко взаимодействащи заряда, се приема, че потенциалната енергия на взаимодействие е равна на нула за всяко конкретно взаимно разположение на тези заряди. Удобен (макар и не необходим) в

За тази конфигурация изберете подреждане, при което всички взаимодействащи заряди са разделени един от друг на безкрайни разстояния. Потенциалната енергия на система във всяка друга конфигурация се определя като работата, извършена от всички сили на взаимодействие, когато системата се премести от тази конфигурация в позиция с нулева потенциална енергия. В същото време тази потенциална енергия е равна на работата, извършена от външни сили при прехвърляне на всички заряди от позиция с нулева потенциална енергия към дадена конфигурация.

Енергията на взаимодействие на система от неподвижни точкови заряди се изразява с формулата

където е потенциалът на полето, създадено от всички заряди, с изключение на точката, където се намира зарядът:

Ето разстоянието между зарядите.

За доказване на формула (12) можете да използвате метода математическа индукция. На първо място отбелязваме, че за

2, тази формула съвпада с получената по-рано формула (4): сумата върху съдържа два члена:

където в съответствие с (13)

Замествайки тези стойности в (14), получаваме формула (4).

Сега нека приемем, че формула (12) е валидна за точкови заряди и ще докажем валидността й за система от заряди. Когато се въведе заряд от безкрайност, енергията на системата ще се промени с количество, равно на работата, извършена от външни сили:

Тук, според предположението, тя се определя от формула (12), а работата, извършена от външни сили при преместване на заряд от безкрайност до полева точка с потенциал, е където

Потенциалът на тази полева точка, създаден от всички заряди, с изключение на

След въвеждане на заряд се променят потенциалите на всички точки на полето, с изключение на тази, в която се намира този заряд. Потенциалът на точката, в която се намира зарядът, сега ще бъде равен на

Нека изразим енергията на зарядната система (15) по отношение на нови потенциални стойности, използвайки отношения (17):

Сумата от продуктите на втория член в скоби от дясната страна на това равенство, по силата на формула (16), е равна на Следователно

Така формулата (12) за енергията на система от точкови заряди е доказана.

Докажете, че електростатичното поле, създадено от самотен точков заряд, е потенциално.

Докажете, че полето, създадено от всяко разпределение на фиксирани електрически заряди, потенциално.

Какво означава принципът на суперпозицията по отношение на енергийната характеристика на електростатичното поле - потенциал?

Докажете валидността на формула (6), като разгледате работата на полето, когато заряд се движи от началната точка I до безкрайност и след това от безкрайност до точка 2.

Каква е работата, извършена от силите на електростатичното поле при движение на заряд по затворена верига?

Докажете, че полето е потенциално, ако работата, извършена от силите на това поле при движение по всеки затворен контур, е нула.

Начертайте картина на силови линии и еквипотенциални повърхности на еднородно електростатично поле.

Може ли да съществува електростатично поле, чиито силови линии са успоредни прави с променлива плътност (фиг. 15)?

Каква е разликата между концепцията за потенциална енергия на пробен заряд, разположен в електростатичното поле на два заряда, и концепцията за потенциална енергия на трите заряда?

Извеждане на формулата.Нека докажем валидността на формула (2) за потенциала на самотен точков заряд. Потенциалът в точка P, разположена на разстояние от заряда, е равен на работата, извършена от силите на полето при преместване на единица положителен зарядот точка P до точка в безкрайност. Тъй като силата, действаща върху единичен заряд, е равна на силата на полето E, изразът за работата, която ни интересува, равна на потенциала в точка P, ще бъде написана във формата

Интегрирането тук може да се извърши по всеки път, минаващ от точка P до безкрайност, тъй като работата на потенциалните сили на полето не зависи от формата на траекторията. Нека изберем този път по права линия, минаваща от заряда през дадена точка P до безкрайност. Тъй като напрегнатостта на полето E е насочена по тази права линия (от заряда в и към заряда в тогава скаларно произведениеможе да се напише като

ако началото на координатите е избрано в точката, където се намира зарядът. Интегрирането в (18) сега се извършва в диапазона от до

Относно модела на точковия заряд.Нека обърнем внимание на факта, че както интензитетът, така и потенциалът на полето на точковия заряд нарастват неограничено (клонят към безкрайност), когато точка P се приближава до мястото, където се намира зарядът, създаващ полето. Физически това е безсмислено, тъй като съответства на обръщането към безкрайност както на силата, действаща върху пробния заряд, така и на неговата потенциална енергия. Всичко това предполага, че самият модел на точков заряд има ограничен обхват на приложимост.

До каква степен за елементарни частициможем ли да използваме модела на точковия заряд? Експериментите на големи ускорители показват, че нуклоните имат вътрешна структура. Зарядът в тях е разпределен по някакъв начин в целия обем, не само в протона, но дори и в неутрона, който по принцип е електрически неутрален. Що се отнася до електроните, за тях моделът на точковия заряд „работи“ до разстояния от порядъка на така наречения класически електронен радиус cm.

Напрежението като потенциален градиент.Нека сега се върнем към формулите, изразяващи интензитета на всяко електростатично поле чрез неговия потенциал. От формули (11) следва, че проекциите на вектора на напрегнатост на полето E върху координатните оси могат да се разглеждат като производни на потенциала, взет с противоположен знак по съответните координати скаларна функциякоординати Когато се изчислява някоя от тези производни, например по отношение на x, другите две променливи, y и трябва да се считат за фиксирани. Такива производни на функция на няколко променливи в математиката се наричат ​​частни производни и се означават като Вектор, чиито проекции са равни на частните производни на скаларна функция по отношение на съответните координати, се нарича градиент на тази скаларна функция. По този начин напрегнатостта на електрическото поле E е потенциалният градиент, взет със знак минус. Запишете го така:

Тук V е символен вектор, чиито проекции върху координатните оси са операции на диференциране:

Орти Декартова системакоординати

Колкото по-бързо се променя потенциалът в пространството, толкова по-голям е модулът на неговия градиент, т.е. модулът на напрегнатостта на електрическото поле. Векторът на напрежението "гледа" в посоката, в която потенциалът намалява най-бързо, т.е. перпендикулярно на еквипотенциалните повърхности. Можете да видите, че вектор E е насочен точно по този начин, като използвате формула (9): ако от въпросната точка направите движения с еднаква величина във всички възможни посоки, тогава най-голямата промяна в потенциала ще настъпи, когато това движение е насочено по вектора д.

На какво свойство на електростатичното поле се основава изборът на пътя на интегриране във формула (18)?

Защо за полето на точковия заряд точката с нулева стойност на потенциала не може да бъде избрана на мястото, където се намира самият заряд?

Обяснете защо напрегнатостта на електрическото поле е насочена в посока на най-бързото намаляване на потенциала.

Потенциалът на електрическото поле е отношението на потенциалната енергия към заряда. Както знаете, електрическото поле е потенциално. Следователно всяко тяло, разположено в това поле, има потенциална енергия. Всяка работа, която ще бъде извършена от полето, ще се случи поради намаляване на потенциалната енергия.

Формула 1 - Потенциал

Потенциалът на електрическото поле е енергийната характеристика на полето. Той представлява работата, която трябва да се извърши срещу силите на електрическото поле, за да се премести единичен положителен точков заряд, разположен в безкрайност, до дадена точка в полето.

Потенциалът на електрическото поле се измерва във волтове.

Ако полето е създадено от няколко заряда, които са подредени в произволен ред. Потенциалът в дадена точка на такова поле ще бъде алгебрична сумавсички потенциали, които всеки отделен заряд създава. Това е така нареченият принцип на суперпозиция.

Формула 2 - общ потенциал на различни заряди

Да приемем, че в електрическо поле заряд се движи от точка „а” до точка „b”. Работата се извършва срещу силата на електрическото поле. Съответно потенциалите в тези точки ще се различават.

Формула 3 - Работа в електрическо поле

Фигура 1 - движение на заряда в електрическо поле

Потенциалната разлика между две точки на полето ще бъде равна на един волт, ако за да се премести заряд от един кулон между тях е необходима работа от един джаул.

Ако зарядите имат еднакви знаци, тогава потенциалната енергия на взаимодействие между тях ще бъде положителна. В този случай зарядите се отблъскват взаимно.

За различни заряди енергията на взаимодействие ще бъде отрицателна. Зарядите в този случай ще се привличат един към друг.

Потенциална разлика

Известно е, че едно тяло може да се нагрее повече, а друго по-малко. Степента, до която едно тяло се нагрява, се нарича температура. По същия начин едно тяло може да бъде наелектризирано повече от друго. Степента на наелектризиране на тялото се характеризира с величина, наречена електрически потенциал или просто потенциал на тялото.

Какво означава да наелектризираш тялото? Това означава да му кажеш електрически заряд, тоест да добавим определен брой електрони към него, ако заредим тялото отрицателно, или да ги извадим от него, ако заредим тялото положително. И в двата случая тялото ще има определена степен на електрификация, т.е. един или друг потенциал, и тяло, заредено положително, има положителен потенциал, а тяло, заредено отрицателно, има отрицателен потенциал.

Разлика в нивата на електрически зарядобикновено се наричат ​​две тела електрическа потенциална разликаили просто потенциална разлика.

Трябва да се има предвид, че ако две еднакви тела са заредени с еднакви заряди, но едното е по-голямо от другото, тогава между тях също ще има потенциална разлика.

Освен това съществува потенциална разлика между две такива тела, едното от които е заредено, а другото е без заряд. Така например, ако изолирано от земята тяло има определен потенциал, тогава потенциалната разлика между него и земята (чийто потенциал се счита за нула) е числено равна на потенциала на това тяло.

Така че, ако две тела са заредени по такъв начин, че техните потенциали са неравни, между тях неизбежно съществува потенциална разлика.

Всички знаят феномен на наелектризиранетриенето на гребен в косата не е нищо повече от създаване на потенциална разлика между гребена и човешката коса.

Наистина, когато гребенът се търка в косата, част от електроните се прехвърлят към гребена, зареждайки го отрицателно, докато косата, след като е загубила част от електроните, се зарежда до същата степен като гребена, но положително. Потенциалната разлика, създадена по този начин, може да бъде намалена до нула чрез докосване на косата с гребен. Този обратен преход на електрони се открива лесно от ухото, ако електрифициран гребен се доближи до ухото. Характерен пукащ звук ще покаже, че има разряд.

Говорейки по-горе за потенциалната разлика обаче, имахме предвид две заредени тела може да се получи потенциална разлика между различни части(точки) на едно и също тяло.

Така например, нека помислим какво ще се случи, ако под въздействието на някаква външна сила успеем да преместим свободните електрони, намиращи се в жицата, в единия й край. Очевидно в другия край на жицата ще има недостиг на електрони и тогава между краищата на жицата ще възникне потенциална разлика.

Веднага след като спрем действието на външната сила, електроните веднага, поради привличането на противоположни заряди, ще се втурнат към положително заредения край на жицата, т.е. към мястото, където липсват, и отново ще възникне електрическо равновесие възникват в жицата.

Електродвижеща сила и напрежение

д За да се поддържа електрически ток в проводник, е необходим външен източник на енергия, който винаги да поддържа потенциална разлика в краищата на този проводник.

Тези енергийни източници са т.нар източници на електрически ток, като има определена електродвижеща сила, което създава и дълго времеподдържа потенциалната разлика в краищата на проводника.

Електродвижещата сила (съкратено EMF) се обозначава с буквата E. Единицата за измерване на ЕМП е волт. У нас волтът се обозначава съкратено с “B”, а в международното означение – с буквата “V”.

Така че, за да получите непрекъснат поток, имате нужда от електродвижеща сила, тоест имате нужда от източник на електрически ток.

Първият такъв източник на ток беше така наречената „волтова колона“, която се състоеше от поредица от медни и цинкови кръгове, облицовани с кожа, напоена с подкислена вода. По този начин един от начините за получаване на електродвижеща сила е химическото взаимодействие на определени вещества, в резултат на което химична енергиясе превръща в електрическа енергия. Наричат ​​се източници на ток, в които се създава електродвижеща сила по този начин химически източници на ток.

В момента химическите източници на ток са галванични клеткии батерии - широко използвани в електротехниката и енергетиката.

Друг основен източник на ток, широко използван във всички области на електротехниката и енергетиката, са генераторите.

Генераторите са инсталирани в електроцентрали и служат като единствен източник на ток за захранване на промишлени предприятия, електрическо осветление на градове, електрически железници, трамваи, метро, ​​тролейбуси и др.

Както при химическите източници на електрически ток (клетки и батерии), така и при генераторите действието на електродвижещата сила е абсолютно еднакво. Това се крие във факта, че ЕМП създава потенциална разлика на клемите на източника на ток и я поддържа дълго време.

Тези клеми се наричат ​​полюси на източник на ток. Единият полюс на източника на ток винаги изпитва липса на електрони и следователно има положителен заряд, другият полюс изпитва излишък от електрони и следователно има отрицателен заряд.

Съответно единият полюс на източника на ток се нарича положителен (+), а другият - отрицателен (-).

Източниците на ток се използват за захранване с електрически ток на различни устройства -. Консуматорите на ток са свързани с проводници към полюсите на източника на ток, образувайки затворена електрическа верига. Потенциалната разлика, която се установява между полюсите на източник на ток в затворена електрическа верига, се нарича напрежение и се обозначава с буквата U.

Мерната единица за напрежение, подобно на ЕМП, е волтът.

Ако например е необходимо да се запише, че напрежението на източника на ток е 12 волта, тогава те пишат: U - 12 V.

За измерване на напрежението се използва устройство, наречено волтметър.

За да измерите EMF или напрежението на източник на ток, трябва да свържете волтметър директно към неговите полюси. В този случай, ако е отворен, волтметърът ще покаже ЕМП на източника на ток. Ако затворите веригата, волтметърът вече няма да показва ЕМП, а напрежението на клемите на източника на ток.

ЕМП, създадена от източник на ток, винаги е по-голяма от напрежението на неговите клеми.

Потенциалната разлика или електрическото напрежение е съотношението на работата, извършена от силите на електрическото поле за преместване на заряд от една точка на полето в друга към големината на този заряд. В този случай няма никакво значение в каква посока ще се движи зарядът. Всичко, което има значение, е началото и краят на пътуването. Траекторията няма абсолютно никакво значение. Тъй като електрическото поле е потенциално.

За да опростим разбирането, нека дадем аналогия с гравитационното поле. Нека си представим стълба, товарът лежи на последното стъпало и има потенциална енергия. Тоест, ако го изпуснете от тази височина, да речем на крака си, предполага се, че ще ви боли. Ако теглото беше на първия етап, нямаше да боли толкова много, тъй като щеше да има много по-малко потенциална енергия.

Сега си представете, че товарът лежеше на първото стъпало и изведнъж се появи злодей. Той взе този товар и дълго време се разхождаше с него из града, след което си помисли защо ми трябва. И накрая го върна, но го сложи на последното стъпало на стълбите. Потенциалната енергия на този товар се промени пропорционално на височината, а не като разстоянието, което злодеят измина с този товар. И няма никакво значение дали е успял да го заведе на ресторант или на кино, или може би на тъмна врата.

Ако още не сте разбрали, целият този вълнуващ разказ имаше за цел да изясни факта, че траекторията на заряда няма значение.

Нека си представим поле, създадено от два заряда с еднаква големина и противоположен знак. Полето е електростатично, тъй като зарядите са неподвижни. В това поле друг заряд се движи от точка 1 до точка 2. В този случай зарядът може да се движи по произволна траектория.

Фигура 1 - заряд в електростатично поле

За всяко поле големината на потенциалната разлика за всички разглеждани заряди ще бъде постоянна. Тъй като големината на силата, действаща от полето върху този заряд, е пропорционална на заряда. Работата, изразходвана за преместване на заряда, има формата

Формула 1 - Работете, за да преместите заряд от една точка на полето в друга

За да се определи напрежението или потенциалната разлика, е необходимо да се знаят потенциалните стойности. В този случай знакът на напрежението ще се определя от различни фактори. Например, ако отрицателен заряд се движи в полето или извършената работа за преместване на заряда е отрицателна. Работата може да бъде отрицателна, ако зарядът се движи от точка в полето с по-малко енергия към точка с повече. Това се вижда от формулата за работа.

Формула 2 - потенциална разлика.

Потенциалната разлика няма посока като силата на електрическото поле или магнитната индукция. Защото е скаларна величина. Мерна единица в международна системаЕдиницата SI за потенциална разлика е един волт.

Един волт е потенциалната разлика между две точки, при условие че заряд от един кулон се движи между тези точки, за което полето изразходва работа от един джаул.

От определението следва, че потенциалната разлика се определя между две точки. Във всяка от които потенциалната стойност е известна. Понякога можете да намерите изчисления на напрежението от една потенциална стойност, докато се приема, че стойността на втория потенциал е нула.

Можете да забележите някои особености на потенциалната разлика. Той се крие във факта, че на еквипотенциална повърхност, независимо в кои точки се прави измерването, потенциалната разлика ще бъде равна на нула. Изглежда, че точките се вземат в различни части на терена, но напрежение между тях няма. Това се случва, защото на еквипотенциална повърхност потенциалната стойност е постоянна и не се променя при движение по нея.

В много случаи, за да се разбере правилно същността на въпрос, свързан с електротехниката, е необходимо да се знае точно какво представлява потенциалната разлика.

Определяне на потенциалната разлика

Общата концепция е електрическото напрежение, генерирано между две точки, което представлява работата на електрическото поле, която трябва да се извърши, за да се премести положителен единичен заряд от една точка в друга.

По този начин, в еднообразно и безкрайно електрическо поле, положителен заряд под въздействието на това поле ще бъде преместен на безкрайно разстояние в посока, идентична с електрическото поле. Потенциалът на определена точка в полето представлява работата, извършена от електрическото поле при преместване от тази точка на положителен заряд до безкрайно отдалечена точка. Когато зарядът се движи в обратна посока, външните сили извършват работа, насочена към преодоляване на електрическата сила на полето.

Потенциална разлика на практика

Потенциалната разлика, съществуваща в две различни точки на полето, получи понятието напрежение, измерено във волтове. В еднородно електрическо поле връзката между електрическото напрежение и напрегнатостта на електрическото поле е много ясно видима.

Точките с еднакъв потенциал, разположени около заредената повърхност на проводника, зависят изцяло от формата на тази повърхност. В този случай потенциалната разлика за отделни точки, лежащи на една и съща повърхност, има нулева стойност. Такава повърхност, където всяка точка има еднакъв потенциал, се нарича еквипотенциална повърхност.

При приближаване на заредено тяло има бързо нарастване на потенциала и разположението на еквипотенциалните повърхности се доближава една до друга. Докато се отдалечаваме от заредените тела, разположението на еквипотенциалните повърхности става все по-рядко. Местоположението на линиите на електрическото поле винаги е перпендикулярно на еквипотенциалната повърхност във всяка точка.

В зареден проводник всички точки на повърхността му имат еднакъв потенциал. Същото значение има и във вътрешните точки на проводника.

Проводници с различен потенциал, свързани помежду си с метална жица. В краищата му се появява напрежение или потенциална разлика, така че по протежение на целия проводник се наблюдава електрическо поле. Свободните електрони започват да се движат в посока на увеличаване на потенциала, което предизвиква появата на електрически ток.

Падане на потенциал по протежение на проводник