Работа электрического поля 10 класс

Работа электростатического поля Работа электростатического поля Знак потенциальной энергии в механике Знак потенциальной энергии в механике Знак потенциальной энергии в электростатике Знак потенциальной энергии в электростатике Независимость работы от траектории Независимость работы от траектории Потенциал электрического поля Потенциал электрического поля Напряженность и напряжение Напряженность и напряжение Энергия и потенциал точечного заряда Энергия и потенциал точечного заряда выход Заряды и массы. Аналогия. Заряды и массы. Аналогия. Эквипотенциальные поверхности Эквипотенциальные поверхности

Работа электростатического поля d1d1 d2d2 S + F Поместим заряд +q в электрическое поле. Под действием поля заряд переместится по направлению силовых линий. Из рисунка находим: S = d 1 – d 2 Во время движения на заряд действует сила F =qE, которая совершает работу: A = FScos(0°) = qE(d 1 – d 2 ) = -(qEd 2 – qEd 1 ) = - ΔW p W p = qEd

Аналогия с работой силы тяжести W p = qEd d1d1 d2d2 + F = qE h1h1 h2h2 F = mg A эл.поля = -ΔW p A тяж = -ΔW p W p = mgh A = FScos(0) = mg(h 1 – h 2 ) = -(mgh 2 – mgh 1 ) = - ΔE p Заряд q перемещается в электрическом поле Тело массы m перемещается в поле силы тяжести

Знак потенциальной энергии W p = mgh > 0 m > 0 h > 0 «0» высоты h h m > 0 h < 0 W p = mgh < 0 Знак потенциальной энергии зависит только от знака высоты (от выбора «0» уровня)

W p = +|qEd| > 0 Знак потенциальной энергии F = qE + d «0» уровень F = qE - W p = -|qEd| < 0 F = qE d «0» уровень + + от направления поля, знака заряда и выбора «0» уровня Знак энергии заряда, находящегося в электрическом поле, зависит: от направления поля, знака заряда и выбора «0» уровня Пример 1Пример 2Пример 3

Знак потенциальной энергии Знак потенциальной энергии равен знаку работы электрического поля при перемещении заряда на «0» уровень. + F = qE Пример 1 «0» уровень S A = -ΔW p = - (W p2 – W p1 ) = - (0 – W p1 ) = W p1 A = FScos(0°) > 0 W p = +|qEd|

Знак потенциальной энергии Знак потенциальной энергии равен знаку работы электрического поля при перемещении заряда на «0» уровень + F = qE Пример 2 «0» уровень S A = -ΔW p = - (W p2 – W p1 ) = - (0 – W p1 ) = W p1 A = FScos(180°) < 0 W p = -|qEd| Для перемещения на «0» уровень необходимо на заряд подействовать внешней силой (на рисунке не указана). Второе правило: Если сила, действующая на заряд, направлена на «0» уровень, то W p > 0

Работа при перемещении по разным траекториям F + α F + S1S1 S3S3 S2S2 A 1 = FS 1 cos(α) = F * AB * cos(α) = F * BC A 1 = F * BC A 3 = FS 3 cos(0°) = F * CB * cos(0°) = F * BC A 3 = F * BC A 2 = FS 2 cos(90°) = F * AC * cos(90°) = 0 A 2 = 0 A 2 + A 3 = A 1 B C A Работа электрического поля не зависит от траектории. α

Работа электрического поля не зависит от траектории 2 1 A 12 = -ΔW 12 = - (W 2 – W 1 ) Энергии заряда W 1 и W 2 не зависят от траектории. Следовательно, при перемещении заряда по траекториям I и II работа одинакова. III F + F +

Работа при перемещении по замкнутой траектории F + α F + F + S1S1 S2S2 S3S3 F + A 1 = FS 1 cos(α) = F * AB * cos(α) = F * BC A 1 = F * BC A 2 = FS 2 cos(180°) = F * BC * cos(180°) = - F * BC A 2 = - F * BC A 3 = FS 3 cos(90°) = F * CA * cos(90°) = 0 A 3 = 0 A 123 = 0 B C A При перемещении заряда по замкнутой линии работа электрического поля равна нулю. α

Потенциал электрического поля 1 Напряженность – силовая характеристика электрического поля На заряд, находящийся в электрическом поле, действует сила F E1E1 Если удалить заряд, то в точке «останется» напряженность F1F1 + q

Потенциал электрического поля 1 Потенциал – энергетическая характеристика электрического поля Если удалить заряд, то в точке «остался» потенциал F1F1 + q «0» уровень d1d1 Заряд, находящийся в электрическом поле, обладает потенциальной энергией. W p = |qEd| Что «осталось» в точке? ? φ1φ1

Напряженность и напряжение 1 Переместим заряд из точки 1 в точку 2 Работа электрического поля: A = FS= qE Δ d 2 ΔdΔd A = - (W p2 – W p1 ) = W p2 – W p1 W p1 = qφ 1 ; W p2 = qφ 2 A = qE Δ d = q(φ 1 – φ 2 ) = qU U = φ 1 – φ 2 - разность потенциалов или напряжение F + q φ1φ1φ1φ1 φ2φ2φ2φ2

Q + + Энергия и потенциал точечного заряда ab Переместим заряд q из точки a в точку b Работа электрического поля: A = F 1 ΔS 1 + F 2 ΔS 2 + … F – изменяется, следовательно, разобьем путь на небольшие участки Δ S i φaφaφaφa φbφbφbφb FaFa + q FbFb + S ΔS1ΔS1 ΔS2ΔS2 ΔS3…ΔS3…

Заряды и массы. Аналогия. Взаимодействие зарядов Взаимодействие масс FF r q1q1 q2q2 FF r m1m1 m2m2 q 2 < 0 W p < 0

Эквипотенциальные поверхности Однородное поле Поле точечного заряда Поверхность, все точки которой имеют равный потенциал, называется эквипотенциальной При перемещении заряда перпендикулярно силовым линиям электрического поля A = q(φ 1 – φ 2 ) = 0, следовательно, φ 1 = φ 2 + Q + + +