Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле. Потенциал. Разность потенциалов

Содержание

Слайд 2

СОДЕРЖАНИЕ

Работа поля по перемещению заряда ………..........................

Потенциальная энергия заряженного тела

СОДЕРЖАНИЕ Работа поля по перемещению заряда ……….......................... Потенциальная энергия заряженного тела .…….…………………
.…….…………………

Потенциал электростатического поля…….……………………………

Связь между напряженностью и напряжением ..………………

Поразмыслим……………………………..……………………..………………..

Слайд 3

Работа при перемещении заряда в однородном
электростатическом поле

+

-

Е

1

2

d1

d2

Δd

Вычислим работу поля при

Работа при перемещении заряда в однородном электростатическом поле + - Е 1
перемещении положительного заряда q
из точки 1, находящейся на расстоянии d1 от «-» пластины, в точку 2, расположенную на расстоянии d2 от нее.

Работа поля положительна и равна:
A = F ( d1 - d2) = qE ( d1 - d2 ) =
= - ( qEd2 – qEd1 )

Слайд 4

Работа поля не зависит от формы траектории

+

-

1

2

Е

1

2

При перемещении вдоль частей

Работа поля не зависит от формы траектории + - 1 2 Е
ступенек, перпендикулярных напряженности поля E, работа не совершается

Δd

Δd

При перемещении вдоль частей ступенек, параллельных E, совершается работа , равная работе по перемещению заряда из точки 1 в точку 2 на расстояние Δd вдоль силовой линии

Слайд 5

Потенциальная энергия

Известный факт: Если работа не зависит от формы траектории, то она

Потенциальная энергия Известный факт: Если работа не зависит от формы траектории, то
равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком, т.е.
A = – (Wp2 – Wp1 ) = – ΔWp

Ранее мы получили формулу: A = – (qEd2 – qEd1 )

Очевидно, что потенциальная энергия заряда в однородном
электростатическом поле равна: Wp = qEd

Важные зависимости

Если A > 0, то ΔWp < 0 – потенциальная энергия заряженного тела уменьшается, а кинетическая энергия возрастает;
Если A < 0, то ΔWp > 0 – потенциальная энергия возрастает, а кинетическая энергия уменьшается;
Если А = 0, то ΔWp= 0 – потенциальная энергия не изменяется и кинетическая энергия постоянна.

! ! ! На замкнутой траектории работа поля равна нулю

Слайд 6

Потенциал электростатического поля

Работа поля при перемещении тела из одной точки в другую

Потенциал электростатического поля Работа поля при перемещении тела из одной точки в
не зависит от формы траектории
Работа поля при перемещении тела на замкнутой траектории равна нулю

Потенциальное поле

Любое электростатическое поле потенциально;
Только для однородного электростатического поля применима формула Wp = qEd

Wp1 = q1Ed

Wp2 = q2Ed

Wp3 = q3Ed

Wpn = qnEd

, значит
Wp / q = const

Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда
в поле к этому заряду

Потенциал – энергетическая характеристика поля

Единица потенциала в СИ: 1[φ]=1B

Слайд 7

Разность потенциалов

Значение потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для

Разность потенциалов Значение потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня
отсчета потенциала
Изменение же потенциала от выбора нулевого уровня отсчета потенциала не зависит.

Wp = q φ
Α = – (Wp2 – Wp1) = – q ( φ2 – φ1) = q ( φ1 – φ2) = qU

где U = φ1 – φ2 - разность потенциалов, т. е. разность значений
потенциала в начальной и конечной точках траектории

U = φ1 – φ2 = Α /q

Разность потенциалов ( напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к этому заряду.

Единица разности потенциалов в СИ: 1[U] = 1Дж/ Кл = 1 В

Слайд 8

Связь между напряженностью электростатического поля и напряжением

1

2

Δd

Е

A = qE Δd

Связь между напряженностью электростатического поля и напряжением 1 2 Δd Е A
Α = q ( φ1 – φ2) = qU

U = E Δd

Е = U / Δd

U - разность потенциалов
между точками 1 и 2;
Δd – вектор перемещения, совпадающий по направлению с вектором Е

Т.к. Α = q ( φ1 – φ2) > 0 , то φ1 > φ2 =>
! ! !
напряженность электрического поля направлена
в сторону убывания потенциала

Единица напряженности в СИ:
1[E]=1B/м

Слайд 9

Эквипотенциальные поверхности

Если провести поверхность, перпендикулярную в каждой точке силовым линиям, то при

Эквипотенциальные поверхности Если провести поверхность, перпендикулярную в каждой точке силовым линиям, то
перемещении заряда вдоль этой поверхности электрическое поле не совершает работы, => все точки этой такой поверхности имеют один и тот же потенциал.

Эквипотенциальные – поверхности равного потенциала
для однородного поля – плоскости
для поля точечного заряда – концентрические сферы
поверхность любого проводника в электростатическом поле

Е

Δd

Е

Δd

Слайд 10

Примеры эквипотенциальных поверхностей

φ1

φ2

φ3

φ4

φ4

Примеры эквипотенциальных поверхностей φ1 φ2 φ3 φ4 φ4 Е Е φ1 φ2 φ3 φ3
< φ3 < φ2 < φ1

Е

Е

φ1

φ2

φ3

φ3 < φ2 < φ1

Слайд 11

А

В

С

D

Поразмыслим

1. Электрический заряд q1 > 0 переместили
по замкнутому контуру АВСD в поле

А В С D Поразмыслим 1. Электрический заряд q1 > 0 переместили
точечного заряда q2 >0 . На каких участках работа поля по перемещению заряда была: положительной? отрицательной? равной нулю?
Как изменялась потенциальная энергия системы ?
Чему равна полная работа по перемещению заряда ?

2. Потенциал электростатического поля возрастает в направлении снизу вверх. Куда направлен вектор напряженности поля? Ответ пояснить.

3. Сравните работы по перемещению заряда q по каждой из линий напряженности электрического поля.

+

-

4. Известно, что все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал . Докажите это.

Слайд 12

Решите и запишите

Какую работу совершает электрическое поле при перемещении заряда
2 нКл

Решите и запишите Какую работу совершает электрическое поле при перемещении заряда 2
из точки с потенциалом 20 В в точку с потенциалом 200 В?

Дано:
q = 2нКл = 2 х 10 -9 Кл
φ1= 20 B
φ2= 200 B
___________________________
А - ?

Решение:

Α = q ( φ1 – φ2) = 2 х10 -9 Кл (20 В – 200 В ) =
= – 0,36 мкДж.
Ответ: А = 0,36 мкДж.

2. Поле образовано зарядом 17 нКл. Какую работу надо совершить, чтобы одноименный заряд 4 нКл перенести из точки, удаленной от первого заряда на 0,5 м в точку, удаленную от него на 0,05 м?

Дано:
q1 = 17нКл = 17 х 10 -9 Кл
d1= 0,5 м; d2= 0,05 м;
q2= 4 нКл = 4 х10 -9 Кл
А - ?

Решение:

A =q2Ed2 – q2Ed1 = kq2 q1 ( 1/d2 – 1/d1) =
= 11 мкДж

Ответ: А = 11 мкДж.