İçerik
- Açıklamalı Elektrik Alanlar
- Yerçekimi ve Elektrik Alanlar Arasındaki İlişkiler
- Elektrik Potansiyel Enerji Denklemi
- İki Şarj Arasında Elektrik Potansiyeli
- Elektriksel Potansiyel Enerji Örneği
Parçacıkların elektrik alanlardaki hareketini ilk kez incelerken, yerçekimi ve yerçekimi alanları hakkında çok şey öğrenmiş olma şansınız çok yüksektir.
Olduğu gibi, parçacıkları kütle ile yöneten önemli ilişkilerin ve denklemlerin birçoğu elektrostatik etkileşimler dünyasında benzerliklere sahiptir ve bu da yumuşak bir geçiş sağlar.
Belki de sabit kütle ve hızda bir parçacığın enerjisini öğrendiniz. v toplamı kinetik enerji EK, ilişkiyi kullanarak bulunan mv2/ 2 ve yerçekimi potansiyel enerjisi EP, ürünü kullanırken bulundu mgh nerede g yerçekimi sayesinde ivme ve h dikey mesafedir.
Göreceğiniz gibi, yüklü bir parçacığın elektrik potansiyel enerjisini bulmak bazı analog matematiği içerir.
Açıklamalı Elektrik Alanlar
Yüklü bir parçacık S elektrik alanı kurar E parçacıktan her yöne simetrik olarak dışarıya doğru yayılan bir dizi dizi olarak görselleştirilebilir. Bu alan bir güç verir F diğer yüklü parçacıklarda q. Gücün büyüklüğü Coulombs sabiti tarafından yönetilir. k ve masraflar arasındaki mesafe:
F = frak {kQq} {r ^ 2}k büyüklüğü var 9 × 109 N m2/ C2, nerede C fizikte temel yük birimi olan Coulomb'un kısaltmasıdır. Pozitif yüklü parçacıkların negatif yüklü parçacıkları çektiğini ve yüklerin itmediğini hatırlayın.
Kuvvetin ters ile azaldığını görebilirsiniz. Meydan artan mesafe, sadece "mesafe" ile değil r üstelik olmazdı.
Güç ayrıca yazılabilir F = qEveya alternatif olarak, elektrik alanı olarak ifade edilebilir. E = F/q.
Yerçekimi ve Elektrik Alanlar Arasındaki İlişkiler
Kütleli bir yıldız veya gezegen gibi büyük bir nesne M bir elektrik alanla aynı şekilde görselleştirilebilen bir yerçekimi alanı kurar. Bu alan bir güç verir F kütleli diğer nesnelerde m mesafenin karesiyle büyük ölçüde azalan şekilde r onların arasında:
F = frak {GMm} {r ^ 2}nerede G, evrensel yerçekimi sabitidir.
Bu denklemler ile önceki bölümdekiler arasındaki analoji belirgindir.
Elektrik Potansiyel Enerji Denklemi
Elektrostatik potansiyel enerji formülü, yazılı U yüklü parçacıklar için, yüklerin hem büyüklüğünü hem de kutupsallığını ve bunların ayrılmasından sorumludur:
U = frak {kQq} {r}Eğer bu işi (enerji birimleri olan) kuvvet çarpı mesafesi olarak hatırlarsanız, bu denklemin neden güç denkleminden sadece bir "r"Paydada. Birinciyi mesafeyle çarpmak" r ikincisini verir.
İki Şarj Arasında Elektrik Potansiyeli
Bu noktada neden bu kadar yük ve elektrik alanından söz edildiğini merak ediyor olabilirsiniz, ancak voltajdan bahsetmiyorsunuz. Bu miktar V, sadece birim şarj başına elektrik potansiyel enerjidir.
Elektriksel potansiyel farkı, bir parçacığı hareket ettirmek için elektrik alana karşı yapılması gereken işi temsil eder. q alanın ima ettiği yöne karşı. Eğer, eğer E pozitif yüklü bir parçacık tarafından üretilir S, V Pozitif olarak yüklü bir parçacığın mesafeyi hareket ettirmek için birim yük başına yapılması gereken iş r Aralarında ve ayrıca negatif olarak yüklü bir parçacığı aynı yük büyüklüğünde bir mesafeye hareket ettirmek için r uzakta itibaren S.
Elektriksel Potansiyel Enerji Örneği
Bir parçacık q +4.0 nanocoulombs yüklü (1 nC = 10) –9 Coulombs) uzaklığı r = -8.0 nC'lik bir yükten 50 cm (yani, 0.5 m) uzakta. Potansiyel enerjisi nedir?
begin {align} U & = frac {kQq} {r} & = frac {(9 × 10 ^ 9 ; {N} ; {m} ^ 2 / {C} ^ 2 ) × (+8.0 × 10 ^ {- 9} ; {C}) × (–4.0 × 10 ^ {- 9} ; {C})} {0.5 ; {m}} = 5.76 × 10 ^ 7} ; {J} end {hizalı}Olumsuz işaret, suçlamaların zıt olması ve dolayısıyla birbirlerini cezbetmesiyle sonuçlanır. Potansiyel enerjide belirli bir değişikliğe neden olmak için yapılması gereken iş miktarı aynı büyüklükte fakat ters yöndedir ve bu durumda yükleri ayırmak için pozitif bir çalışma yapılmalıdır (bir nesneyi yerçekimine karşı kaldırmak gibi).