Potentsiaalne energia läbi potentsiaalide erinevuse. Potentsiaalide erinevusest, elektromotoorjõust ja pingest

Elektrostaatiline väli on potentsiaalne väli. Potentsiaalsete jõuväljade mõiste võeti kasutusele mehaanika kursusel. Välja nimetatakse potentsiaaliks, kui selle välja jõudude töö ühest punktist teise liikumisel ei sõltu trajektoori kujust, vaid on määratud ainult alg- ja lõppasendiga.

Potentsiaal on mis tahes keskväli, milles jõud sõltub ainult kaugusest jõu keskpunktist ja on suunatud piki raadiust. Selle väite tõestust käsitleti mehaanika käigus. Üksiku punktlaengu tekitatud elektrostaatilist välja kirjeldab Coulombi seadus. See väli on sfääriliselt sümmeetriline ja esindab erijuhtum keskväljal. See viitab potentsiaalile elektrostaatiline väli punktlaeng.

Superpositsiooni põhimõtte kohaselt on püsilaengute suvaliselt keeruka jaotusega tekitatud elektrostaatilise välja tugevus iga laengu poolt eraldi tekitatud väljatugevuste vektorsumma. Liigutatavale katselaengule mõjuv jõud määratakse koguväljatugevusega. Seetõttu on katselaengu liikumisel tehtav töö võrdne üksikutest punktlaengutest mõjuvate jõudude töö summaga. Iga sellise jõu töö ei sõltu trajektoori kujust. Seetõttu ei sõltu ka kogutöö - tekkiva jõu töö - trajektoorist, mis tõestab mis tahes elektrostaatilise välja potentsiaalset olemust.

Potentsiaalne energia. Elektrostaatilises väljas oleva laengu puhul, nagu iga potentsiaalse välja puhul, võib kasutusele võtta potentsiaalse energia mõiste. Laengu potentsiaalset energiat välja mis tahes punktis defineeritakse kui tööd, mis tehakse välja jõudude poolt laengu liigutamisel sellest punktist mõnda fikseeritud punkt, kus eeldatakse, et potentsiaalne energia on null. Võib öelda ka teisiti: see potentsiaalne energia on võrdne tehtud tööga välised jõud laengu ülekandmisel valitud fikseeritud punktist välja antud punkti. Potentsiaalse energia nullväärtuse fikseeritud punkti valik on meelevaldne. Seetõttu määratakse välja laengu potentsiaalne energia kuni mingi aditiivse konstandini. See potentsiaalse energia ebaselgus ei mõjuta füüsilised tulemused, kuna kõigis konkreetsetes arvutustes loeb ainult energia muutus laengu ülekandmisel välja ühest punktist teise.

potentsiaal elektriväli. Laengule mõjuv jõud elektriväli E on võrdeline laenguga: Seega laengu mingi liikumisega tehtud töö ja selle

potentsiaalne energia on samuti võrdeline laenguga.Sellest tulenevalt on mugav arvestada potentsiaalset energiat laenguühiku kohta. Sellest tulenevat elektrostaatilise välja energiakarakteristikut nimetatakse potentsiaaliks.

Potentsiaal välja teatud punktis on defineeritud kui väljajõudude poolt teostatava töö A suhe katselaengu liigutamisel välja antud punktist fikseeritud punkti, mille potentsiaali eeldatakse nulliks. sellele tasule:

Füüsiline tähendus on ainult mis tahes punktide potentsiaalide erinevusel, mitte nende punktide endi potentsiaalide väärtustel.

Punktlaengu välja potentsiaal. Punktlaengu elektrostaatilise välja jaoks on mugav valida nullpotentsiaaliga punktiks lõpmatult kauge punkt. Siis on välja tekitavast laengust eemal asuva punkti potentsiaali avaldis kuju

Tuletage meelde, et CGSE ühikute süsteemis ja SI-s. Seega on valem (2) kirjutatud ühel kahest vormist:

Rõhutame, et potentsiaali valemites (2) ja (2a) on laeng, mis loob välja (ja mitte laengumoodul, nagu eelmise lõigu valemites (4) ja (4a) väljatugevuse mooduli jaoks) . Positiivse laengu tekitatud välja potentsiaal on kõikjal positiivne, kuna selle välja jõudude töö positiivse testlaengu liigutamisel välja mis tahes punktist lõpmatuseni on positiivne. Samamoodi on negatiivse laenguvälja potentsiaal kõikjal negatiivne. Kõik see, aga ka valemid (2) ja (2a) kehtivad loomulikult ka lõpmatuse nullpotentsiaalipunkti valimisel.

Sama valem (2) väljendab ka välja potentsiaali väljaspool ühtlaselt laetud kuuli, kuna selle väli on eristamatu kuuli keskele paigutatud sama punktlaengu väljast. Kõigis punktides sellise palli sees, kus väljatugevus on null, on potentsiaal sama ja sama väärtusega kui palli pinnal.

Teatud elektrostaatilisesse välja paigutatud laengu potentsiaalne energia on võrdne selle välja punkti potentsiaali korrutisega, kus see laeng asub:

Kui laeng asub teise punktlaengu tekitatud väljas, siis on selle potentsiaalne energia, võttes arvesse (2), kuju

Samade laengute korral, st tõrjumisel, on potentsiaalne energia positiivne ja laengute eraldamisel väheneb. Vastandlaengute, st külgetõmbe korral, on elektrostaatiline potentsiaalne energia, nagu ka potentsiaalne energia gravitatsiooniväljas, negatiivne ja suureneb laengute eraldamisel.

Potentsiaali superpositsiooni põhimõte. Vastavalt superpositsiooni põhimõttele on mitme laengu välja suvalise punkti potentsiaal, nagu potentsiaali definitsioonist tuleneb, võrdne kõigi laengutega selles punktis tekitatud potentsiaalide algebralise summaga:

Sel juhul valitakse nullpotentsiaali punkt kõigi laengute jaoks ühiseks.

Elektrivälja töö. Pinge. Elektrostaatilise välja jõudude poolt tehtav töö mõne laengu liigutamisel ühest punktist teise võrdub ülekantud laengu ning lähte- ja lõpp-punkti potentsiaali erinevuse korrutisega:

Potentsiaali definitsioonist tuleneb avaldis (6).

Kahe punkti potentsiaali erinevust nimetatakse tavaliselt punkt-punkti pingeks (või lihtsalt pingeks).

Nagu (6) näha, on väljajõudude töö laengu liigutamisel ühest punktist teise võrdne ülekantud laengu ja pinge korrutisega:

Potentsiaali, potentsiaalide erinevust ja pinget mõõdetakse samades ühikutes. CGSE-s pole sellel ühikul erilist nimetust ja SI-s nimetatakse pinge ühikut voltiks.Kui laeng liigub ühe ripatsi võrra punktide vahel, mille potentsiaalide erinevus on üks volt, teevad elektrijõud ühe voldi töö. džaul:

ekvipotentsiaalpinnad. Visuaalne graafiline pilt elektrostaatilised väljad on võimalikud mitte ainult jõujoonte pildi abil, mis annab aimu intensiivsusest välja igas punktis, vaid ka potentsiaaliühtlustuspindade abil. Ekvipotentsiaalpind on punktide kogum, kus potentsiaalil on sama väärtus.

Riis. 13. Punktlaengu elektritule pingejooned ja potentsiaaliühtlustuspinnad

Tavaliselt on osa neist pindadest kujutatud mingi tasapinnaga (joonise tasapinnaga), nii et need näevad joonistel välja nagu jooned. Näiteks punktlaengu elektrostaatilise välja puhul on ekvipotentsiaalpinnad kontsentrilised sfäärid, millel on ühine kese punktis, kus paikneb välja loov laeng. Joonisel fig. Nende sfääride 13 osa näevad välja nagu kontsentrilised ringid.

Elektrostaatilise välja jõujooned on potentsiaaliühtlustuspindadega risti. Tõepoolest, kui liigutate vaimselt katselaengut piki potentsiaaliühtlustuspinda, on töö, nagu (8) näha, võrdne nulliga. Seega elektrivälja jõud ei tööta ja see on võimalik, kui jõud on nihkega risti.

Elektrostaatiliste väljade kujutamise kaks võimalust – jõujooned ja potentsiaaliühtlustuspinnad – on samaväärsed: omades ühte neist piltidest, saate hõlpsasti ehitada teise. Eriti selged on mõlemat maali kujutavad joonised (joon. 14).

Riis. 14. Sama mooduliga erineva (a) ja samalaadse (b) punktlaengute välja pingejooned ja ekvipotentsiaalpinnad

Pinge ja potentsiaali seos. Elektrostaatilise välja tugevus ja selle potentsiaal on omavahel seotud. Seda seost on lihtne leida, kui arvestada katselaengu nii väikese nihkega väljajõudude tööd, et väljatugevust võib pidada konstantseks. Ühelt poolt on see töö võrdne jõu ja nihke skalaarkorrutisega, st. Teisest küljest on see töö vastavalt punktile (8) võrdne laengu ja potentsiaalide erinevuse korrutisega, st miinusmärk tekib siin seetõttu, et potentsiaali juurdekasv on definitsiooni järgi võrdne erinevusega potentsiaali väärtused lõpp- ja alguspunktides: Võrdsustades mõlemad tööavaldised, saame

Skalaarkorrutist saab esitada nihkevektori suuna pinge projektsiooni ja selle nihke mooduli korrutisena

Liikumissuunda saab valida meelevaldselt. Valides selle piki üht koordinaattelgedest, saame (10)-st avaldise vektori E projektsiooniks vastavale teljele:

Rõhutame, et vastavalt punktile (9) sisaldavad nende avaldiste lugejad võimalikke juurdekasvu väikeste nihkete jaoks mööda vastavaid koordinaattelge.

Laengute süsteemi energia. Seni oleme arvestanud teatud laengu potentsiaalset energiat, mis on paigutatud teiste laengute tekitatud elektrostaatilisesse välja, mille asukohta ruumis loeti muutumatuks. Füüsikalise olemuse poolest testilaengud ja laengud – väljaallikad aga ei erine ning laengu potentsiaalne energia väljas on nende laengute koosmõju energia. Seetõttu on mõnel juhul mugav anda potentsiaalse energia avaldisele sümmeetriline vorm, nii et kõik laengud – nii väljaallikad kui ka katselaengud – näiksid võrdsetena. Kahe interakteeruva punktlaengu jaoks on selline potentsiaalse energia sümmeetriline avaldis juba leitud – see on valem (4). See eeldab, et potentsiaalne energia on null, kui laenguid eraldab lõpmatu vahemaa.

Keerulisematel juhtudel, kui arvestada mitut interakteeruvat laengut, eeldatakse, et interaktsiooni potentsiaalne energia on nende laengute mis tahes konkreetse vastastikuse paigutuse korral võrdne nulliga. Mugav (kuigi mitte nõutav)

Selle konfiguratsioonina valige selline paigutus, kui kõik interakteeruvad laengud on üksteisest lõpmatu vahemaa võrra eemaldatud. Süsteemi potentsiaalset energiat mis tahes muus konfiguratsioonis määratletakse kui tööd, mida kõik vastasmõjujõud teevad süsteemi üleminekul sellelt konfiguratsioonilt null potentsiaalse energiaga asendisse. Samal ajal on see potentsiaalne energia võrdne tööga, mida välisjõud teevad kõigi laengute ülekandmisel null potentsiaalse energiaga positsioonist antud konfiguratsiooni.

Liikumatute punktlaengute süsteemi interaktsioonienergiat väljendatakse valemiga

kus on kõigi laengute tekitatud välja potentsiaal, välja arvatud kohas, kus laeng asub:

Siin on laengute vaheline kaugus.

Valemi (12) tõestamiseks võib kasutada meetodit matemaatiline induktsioon. Kõigepealt märgime, et

2, see valem langeb kokku eelnevalt saadud valemiga (4): summa over sisaldab kahte terminit:

kus vastavalt (13)

Asendades need väärtused (14), saame valemi (4).

Nüüd eeldame, et valem (12) kehtib punkttasude puhul, ja tõestame selle kehtivust tasude süsteemi puhul. Kui laeng sisestatakse lõpmatusest, muutub süsteemi energia summa, mis on võrdne välisjõudude tehtud tööga:

Siin määratakse eelduse kohaselt valemiga (12) ja töö, mida välisjõud teevad laengu liigutamisel lõpmatusest potentsiaaliga välja punkti, kus

Selle välja punkti potentsiaal, mille tekitavad kõik laengud, v.a

Pärast laengu sisseviimist muutuvad kõigi välja punktide potentsiaalid, välja arvatud selle, kus see laeng asub. Selle punkti potentsiaal, kus laeng asub, on nüüd võrdne

Väljendame laengute süsteemi (15) energiat uute potentsiaalsete väärtuste kaudu, kasutades seoseid (17):

Valemi (16) tõttu selle võrrandi paremal küljel sulgudes oleva teise liikme korrutiste summa on seega

Seega on tõestatud punktlaengute süsteemi energia valem (12).

Tõesta, et üksildase punktlaengu tekitatud elektrostaatiline väli on potentsiaalne.

Tõesta, et püsielektrilaengute mis tahes jaotusega tekitatud väli on potentsiaalne.

Mida tähendab superpositsiooniprintsiip elektrostaatilisele väljale iseloomuliku energia – potentsiaali – suhtes?

Tõesta valemi (6) kehtivust, võttes arvesse välja tööd laengu liigutamisel algpunktist I lõpmatuseni ja seejärel lõpmatusest punkti 2.

Milline on elektrostaatilise välja jõudude töö laengu liigutamisel mööda suletud ahelat?

Tõesta, et väli on potentsiaalne, kui selle välja jõudude poolt mis tahes suletud kontuuril liikudes tehtud töö on võrdne nulliga.

Joonistage ühtlase elektrostaatilise välja jõujoonte ja potentsiaaliühtluspindade pilt.

Kas võib eksisteerida elektrostaatiline väli, mille jõujooned on muutuva tihedusega paralleelsed sirged (joonis 15)?

Mille poolest erinevad kahe laengu elektrostaatilises väljas paikneva katselaengu potentsiaalse energia mõiste ja kõigi kolme laengu potentsiaalse energia mõiste?

Valemi tuletamine. Tõestame valemi (2) kehtivust üksiku punktlaengu potentsiaalile. Potentsiaal punktis P, mis asub laengust eemal, on võrdne tööga, mida väljajõud teevad ühiku liigutamisel positiivne laeng punktist P lõpmatuses asuvasse punkti. Kuna ühiklaengule mõjuv jõud on võrdne väljatugevusega E, siis meile huvipakkuva töö avaldis, mis võrdub potentsiaaliga punktis P, kirjutatakse järgmiselt.

Siin saab integreerida mis tahes teekonda, mis kulgeb punktist P lõpmatuseni, kuna potentsiaalsete väljajõudude töö ei sõltu trajektoori kujust. Valime selle tee mööda sirgjoont, mis kulgeb laengust läbi antud punkti P lõpmatuseni. Kuna väljatugevus E on suunatud mööda seda sirgjoont (laengust hetkel ja laenguni siis skalaarkorrutis saab kirjutada kui

kui koordinaatide alguspunkt on valitud kohas, kus laeng asub Integreerimine (18) toimub nüüd vahemikus alates kuni

Punktlaengu mudelil. Pöörakem tähelepanu asjaolule, et nii punktlaengu välja intensiivsus kui ka potentsiaal suurenevad määramatult (kipuvad lõpmatuseni), kui punkt P läheneb välja loova laengu asukohale. Füüsiliselt on see mõttetu, kuna see vastab nii katselaengule mõjuva jõu kui ka selle potentsiaalse energia lõpmatusele. Kõik see viitab sellele, et punktlaengu mudelil endal on piiratud rakendusala.

Millises ulatuses elementaarosakesed kas on võimalik kasutada punktlaengu mudelit? Suurtel kiirenditel tehtud katsed on näidanud, et nukleonitel on sisemine struktuur. Neis olev laeng jaotub mingil moel üle ruumala ja mitte ainult prootoni, vaid isegi neutroni jaoks, mis on üldiselt elektriliselt neutraalne. Mis puutub elektronidesse, siis nende jaoks "töötab" punktlaengu mudel kuni nn klassikalise elektroni raadiuse suurusjärgu kauguseni, vt joonis fig.

Pinge kui potentsiaalne gradient. Pöördume nüüd tagasi valemite juurde, mis väljendavad mis tahes elektrostaatilise välja intensiivsust selle potentsiaali kaudu. Valemitest (11) järeldub, et väljatugevuse vektori E projektsioone koordinaatide telgedel võib pidada potentsiaali tuletisteks vastasmärgiga võetud vastavate koordinaatide suhtes. skalaarfunktsioon koordinaadid Nende tuletiste arvutamisel, näiteks x suhtes, tuleb ülejäänud kaks muutujat y ja pidada fikseerituks. Selliseid mitme muutuja funktsiooni tuletisi matemaatikas nimetatakse osatuletisteks ja neid tähistatakse kui Vektorit, mille projektsioonid on vastavate koordinaatide suhtes võrdsed skalaarfunktsiooni osatuletistega, nimetatakse selle skalaarfunktsiooni gradiendiks. Seega on elektrivälja tugevus E miinusmärgiga võetud potentsiaalne gradient. Kirjutage see üles nii:

Siin V on sümboolne vektor, mille projektsioonid koordinaattelgedel on diferentseerimisoperatsioonid:

Horts Descartes'i süsteem koordinaadid.

Mida kiiremini potentsiaal muutub ruumis, seda suurem on selle gradiendi moodul, st elektrivälja tugevuse moodul. Intensiivsusvektor “vaatab” selles suunas, kus potentsiaal kõige kiiremini väheneb, st risti ekvipotentsiaalpindadega. Valemi (9) abil on võimalik näha, et vektor E on suunatud nii: kui vaadeldavast punktist teeme sama suurusjärgu liikumisi kõigis võimalikes suundades, siis suurim potentsiaali muutus toimub siis, kui see liikumine. on suunatud piki vektorit E.

Millisel elektrostaatilise välja omadusel põhineb integratsioonitee valik valemis (18)?

Miks punktlaengu välja jaoks ei saa valida potentsiaali nullväärtusega punkti kohas, kus laeng ise asub?

Selgitage, miks elektrivälja tugevus on suunatud potentsiaali kiireima vähenemise suunas.

Elektrivälja potentsiaal on potentsiaalse energia ja laengu suhe. Nagu teate, on elektriväli potentsiaalne. Seetõttu on igal sellel väljal asuval kehal potentsiaalne energia. Kõik tööd, mida väli teeb, on tingitud potentsiaalse energia vähenemisest.

Vormel 1 – potentsiaal

Elektrivälja potentsiaal on väljale iseloomulik energia. See tähistab tööd, mida tuleb teha elektrivälja jõudude vastu, et liigutada lõpmatuses paiknev ühikuline positiivne punktlaeng välja antud punkti.

Elektrivälja potentsiaali mõõdetakse voltides.

Kui väli on loodud mitme laenguga, mis on paigutatud juhuslikus järjekorras. Potentsiaal sellise välja antud punktis on algebraline summa kõik potentsiaalid, mis tekitavad laenguid igaüks eraldi. See on nn superpositsiooni printsiip.

Vormel 2 – erinevate laengute kogupotentsiaal

Oletame, et elektriväljas liigub laeng punktist "a" punkti "b". Tööd tehakse vastu elektrivälja tugevust. Sellest tulenevalt erinevad potentsiaalid nendes punktides.

Vormel 3 – töötage elektriväljas

Joonis 1 - laengu liikumine elektriväljas

Välja kahe punkti potentsiaalne erinevus on võrdne ühe voltiga, kui ühe ripatsi laengu liigutamiseks nende vahel on vaja teha ühe džauli töö.

Kui laengutel on samad märgid, on nendevahelise interaktsiooni potentsiaalne energia positiivne. Sel juhul tõrjuvad laengud üksteist.

Vastandlaengute korral on interaktsioonienergia negatiivne. Sel juhul tõmbavad tasud üksteise poole.

Potentsiaalne erinevus

Teatavasti saab ühte keha rohkem soojendada ja teist vähem. Keha kuumenemisastet nimetatakse selle temperatuuriks. Samamoodi saab üht keha rohkem elektrifitseerida kui teist. Keha elektrifitseerimise aste iseloomustab suurust, mida nimetatakse elektripotentsiaaliks või lihtsalt keha potentsiaaliks.

Mida tähendab keha elektrifitseerimine? See tähendab talle ütlemist elektrilaeng, st lisada sellele teatud arv elektrone, kui laeme keha negatiivselt, või võtame need sealt ära, kui laeme keha positiivselt. Mõlemal juhul on kehal teatud elektrifitseerimise aste, st üks või teine ​​potentsiaal, pealegi on positiivselt laetud kehal positiivne potentsiaal ja negatiivselt laetud kehal on negatiivne potentsiaal.

Elektrilaengute tasemete erinevus nimetatakse kahte keha elektripotentsiaalide erinevus või lihtsalt potentsiaalne erinevus.

Tuleb meeles pidada, et kui kaks identset keha on laetud samade laengutega, kuid üks on teisest suurem, tekib ka nende vahel potentsiaalide erinevus.

Lisaks eksisteerib potentsiaalide erinevus kahe sellise keha vahel, millest üks on laetud ja teisel puudub laeng. Näiteks kui mõnel maast eraldatud kehal on teatud potentsiaal, on selle ja maa (mille potentsiaali peetakse nulliks) potentsiaalide erinevus arvuliselt võrdne selle keha potentsiaaliga.

Seega, kui kaks keha on laetud nii, et nende potentsiaalid ei ole samad, tekib nende vahel paratamatult potentsiaalide erinevus.

Kõik teavad elektrifitseerimise nähtus kammid selle vastu juukseid hõõrudes pole midagi muud kui potentsiaalse erinevuse loomine kammi ja juuste vahel.

Tõepoolest, kui kamm hõõrub vastu juukseid, läheb osa elektronidest üle kammi, laadides seda negatiivselt, samal ajal kui juuksed, olles kaotanud osa elektronidest, laetakse samal määral kui kamm, kuid positiivselt. Sel viisil tekkiva potentsiaali erinevuse saab vähendada nullini, puudutades kammi juustele. See elektronide vastupidine üleminek on kõrvaga kergesti tuvastatav, kui elektrifitseeritud kamm tuua kõrva lähedale. Iseloomulik pragunemine näitab voolu tühjenemist.

Rääkides ülalpool potentsiaalsest erinevusest, pidasime silmas siiski kahte laetud keha vahel on võimalik saada potentsiaalide erinevus erinevad osad(punktid) samast kehast.

Nii näiteks mõelgem, mis juhtub siis, kui mingi välise jõu toimel õnnestub traadis olevad vabad elektronid selle ühte otsa liigutada. Ilmselgelt tekib traadi teises otsas elektronide puudus ja siis tekib juhtme otste vahel potentsiaalide erinevus.

Niipea, kui välisjõu toime peatame, tormavad elektronid vastandlaengute külgetõmbe tõttu kohe positiivselt laetud juhtme otsa, st kohta, kus need puuduvad, ja elektriline tasakaal saabub taas juhtmesse.

Elektromotoorjõud ja pinge

D Elektrivoolu säilitamiseks juhis on vaja mõnda välist energiaallikat, et säilitada kogu aeg potentsiaalide erinevust selle juhi otstes.

Need energiaallikad on nn elektrivoolu allikad millel on teatud elektromotoorjõud mis loob ja kaua aega säilitab juhtme otstes potentsiaalivahe.

Elektromotoorjõudu (lühendatult EMF) tähistatakse tähega E. EMF-i mõõtühik on volt. Meie riigis lühendatakse volti tähega "B" ja rahvusvahelises nimetuses - tähega "V".

Seega on pideva voolu saamiseks vaja elektromotoorjõudu, see tähendab elektrivoolu allikat.

Esimene selline vooluallikas oli nn "voltaic sammas", mis koosnes hapendatud vees leotatud nahaga vooderdatud vasest ja tsingist ringidest. Seega on üks elektromotoorjõu saamise viise teatud ainete keemiline vastastikmõju, mille tulemusena keemiline energia muundatakse elektrienergiaks. Nimetatakse vooluallikaid, milles elektromotoorjõud sel viisil tekitatakse keemilised vooluallikad.

Praegu on keemilised vooluallikad - galvaanilised elemendid ja patareid - kasutatakse laialdaselt elektrotehnikas ja energeetikas.

Teine peamine vooluallikas, mis on laialt levinud kõigis elektrotehnika ja elektrienergia tööstuse valdkondades, on generaatorid.

Generaatorid paigaldatakse elektrijaamadesse ja need on ainsa vooluallikana tööstusettevõtete elektriga varustamiseks, linnade elektrivalgustuseks, elektriliseks raudteed, tramm, metroo, troll jne.

Nii keemiliste elektrivooluallikate (elemendid ja patareid) kui ka generaatorite puhul on elektromotoorjõu toime täpselt sama. See seisneb selles, et EMF loob vooluallika klemmides potentsiaalse erinevuse ja säilitab seda pikka aega.

Neid klambreid nimetatakse vooluallika poolusteks. Vooluallika ühel poolusel on alati elektronide puudus ja seetõttu on sellel positiivne laeng, teisel poolusel on elektronide liig ja seetõttu on sellel negatiivne laeng.

Vastavalt sellele nimetatakse vooluallika üht poolust positiivseks (+), teist negatiivseks (-).

Vooluallikaid kasutatakse erinevate seadmete elektrivoolu varustamiseks -. Voolutarbijad on juhtmete abil ühendatud vooluallika poolustega, moodustades suletud elektriahela. Potentsiaalset erinevust, mis tekib suletud elektriahelaga vooluallika pooluste vahel, nimetatakse pingeks ja seda tähistatakse tähega U.

Pinge ühik, nagu EMF, on volt.

Kui näiteks on vaja üles kirjutada, et vooluallika pinge on 12 volti, siis kirjutatakse: U - 12 V.

Pinge mõõtmiseks või mõõtmiseks kasutatakse seadet, mida nimetatakse voltmeetriks.

Vooluallika EMF-i või pinge mõõtmiseks peate ühendama voltmeetri otse selle poolustega. Sel juhul, kui see on avatud, näitab voltmeeter vooluallika EMF-i. Kui sulgete vooluringi, ei näita voltmeeter enam EMF-i, vaid pinget vooluallika klemmides.

Vooluallika poolt välja töötatud EMF on alati suurem kui selle klemmide pinge.

Potentsiaalide erinevus ehk elektripinge on töö suhe, mida elektrivälja jõud teevad laengu liigutamiseks välja ühest punktist teise ja selle laengu suurusesse. Sel juhul pole üldse vahet, mis suunas laeng liigub. Tähtis on teekonna algus ja lõpp. Trajektoor ei oma tähtsust. Kuna elektriväli on potentsiaalne.

Mõistmise lihtsustamiseks toome analoogia gravitatsiooniväljaga. Kujutage ette redelit, mille koormus lasub viimasel astmel, samas kui sellel on potentsiaalne energia. See tähendab, et kui sa kukutad selle sellelt kõrguselt, ütleme oma jalale, teeb see arvatavasti haiget. Kui koormus oleks esimesel etapil, ei teeks see nii palju haiget, kuna sellel oleks palju vähem potentsiaalset energiat.

Kujutagem nüüd ette, et koorem oli esimesel laval ja järsku ilmus kaabakas. Võttis selle koorma ja jalutas sellega tükk aega mööda linna, siis mõtles, et milleks mul seda vaja on. Ja lõpuks tõi ta selle tagasi, aga pani viimasele trepiastmele. Selle koorma potentsiaalne energia on muutunud võrdeliselt kõrgusega, mitte aga vahemaaga, mille kurikael selle koormaga on läbinud. Ja pole vahet, kuhu tal õnnestus ta sinna restorani või kinno viia või võib-olla pimedasse väravasse.

Kui te kõigest veel aru ei saanud, pidi see põnev lugu selgitama tõsiasja, et laengu trajektoor ei oma tähtsust.

Kujutage ette välja, mille tekitavad kaks sama suurusjärgu ja vastasmärgiga laengut. Väli on elektrostaatiline, kuna laengud on paigal. Sellel väljal liigub teine ​​laeng punktist 1 punkti 2. Sel juhul võib laeng liikuda mööda suvalist trajektoori.

Joonis 1 - laeng elektrostaatilises väljas

Iga välja puhul on kõigi vaadeldavate laengute potentsiaalsete erinevuste suurus konstantne. Kuna väljast sellele laengule mõjuva jõu suurus on võrdeline laenguga. Laengu teisaldamiseks tehtud töö on

Vormel 1 – töötage laengu teisaldamiseks välja ühest punktist teise

Pinge või potentsiaalide erinevuse määramiseks on vaja teada potentsiaalide suurust. Sel juhul määravad stressi märgi erinevad tegurid. Näiteks kui väljal liigub negatiivne laeng või töö laengu liigutamiseks on negatiivne. Töö võib olla negatiivne, kui laeng liigub välja väiksema energiaga punktist rohkema energiaga punkti. Seda on näha töö valemist.

Vormel 2 – potentsiaalide vahe.

Potentsiaalide erinevusel pole suunda kui elektrivälja tugevusel või magnetinduktsioonil. Sest see on skalaarväärtus. Mõõtühik sisse rahvusvaheline süsteem Potentsiaalide erinevuse SI ühikud on ühe volti ühik.

Üks volt on kahe punkti potentsiaalide erinevus, eeldusel, et nende punktide vahel liigub ühe ripatsi laeng, mille jaoks väli kulutab ühe džauli tööd.

Definitsioonist järeldub, et potentsiaalide erinevus määratakse kahe punkti vahel. Igas neist on teada potentsiaali väärtus. Mõnikord võite leida pinge arvutamise ühest potentsiaaliväärtusest, samas kui teise potentsiaali väärtus on null.

Võib märgata potentsiaalse erinevuse teatud tunnust. See seisneb selles, et potentsiaaliühtlustuspinnal võrdub potentsiaalide erinevus mis tahes punktides nulliga. Näib, et punkte võetakse erinevatest väljaku osadest, kuid nende vahel pole pinget. See on tingitud asjaolust, et potentsiaaliühtlustuspinnal on potentsiaali väärtus konstantne ega muutu mööda seda liikudes.

Paljudel juhtudel on elektrotehnikaga seotud küsimuse olemuse õigeks mõistmiseks vaja täpselt teada, mis on potentsiaalide erinevus.

Potentsiaalide erinevuse määramine

Üldmõiste on kahe punkti vahel tekkiv elektripinge, mis tähistab elektrivälja tööd, mida tuleb teha positiivse ühiklaengu liigutamiseks ühest punktist teise.

Seega ühtlases ja lõpmatus elektriväljas liigub positiivne laeng selle välja mõjul lõpmatusse kaugusesse elektriväljaga samas suunas. Välja konkreetse punkti potentsiaal on töö, mida elektriväli teeb sellest positiivse laengu punktist liikumisel lõpmatult kaugel asuvasse punkti. Kui laeng liigub vastupidises suunas, teevad välised jõud tööd, mille eesmärk on ületada välja elektriline jõud.

Võimalik erinevus praktikas

Välja kahes erinevas punktis esinev potentsiaalide erinevus on saanud pinge mõiste, mõõdetuna voltides. Ühtlases elektriväljas on elektripinge ja elektrivälja tugevuse seos väga selgelt nähtav.

Sama potentsiaaliga punktid, mis asuvad ümber juhi laetud pinna, sõltuvad täielikult selle pinna kujust. Sel juhul on samal pinnal asuvate üksikute punktide potentsiaalide erinevus nullväärtus. Sellist pinda, kus igal punktil on sama potentsiaal, nimetatakse ekvipotentsiaalpinnaks.

Laetud kehale lähenedes toimub kiire potentsiaali kasv ning potentsiaaliühtlustuspindade paigutus muutub üksteise suhtes lähedasemaks. Laetud kehadest eemaldumisel muutub potentsiaaliühtlustuspindade paiknemine harvemaks. Elektriliste jõujoonte asukoht on alati nendega risti ekvipotentsiaalne pind igas punktis.

Laetud juhis on kõik selle pinna punktid ühesuguse potentsiaaliga. Sama väärtus on saadaval juhi sisemistes punktides.

Erineva potentsiaaliga juhid, mis on omavahel ühendatud metalltraadiga. Selle otstesse ilmub pinge või potentsiaalide erinevus, nii et elektrivälja toimet jälgitakse kogu juhtme ulatuses. Vabad elektronid hakkavad liikuma potentsiaali suurenemise suunas, mis põhjustab elektrivoolu ilmnemise.

Võimalik kukkumine piki juhti