Работа электрического поля 10 класс

Работа электрического поля
10 класс
Работа электростатического поля
Знак потенциальной энергии в механике
Знак потенциальной энергии в электростатике
Независимость работы от траектории
Потенциал электрического поля
Напряженность и напряжение
Энергия и потенциал точечного заряда
Заряды и массы. Аналогия.
Эквипотенциальные поверхности
выход
Работа электростатического поля
+
+
+
+
+
+
+
+
d1
+
+ F
S
d2
-
Из
Поместим
рисунка находим:
заряд +q в
электрическое
S = d1 – dполе.
2
Под
Во время
действием
движения
поляна
заряд переместится
действует сила
по
F =qE,
направлению
которая
силовых
совершает
линий.
работу:
A = FScos(0°) = qE(d1 – d2) = -(qEd2 – qEd1) = - ΔWp
Wp = qEd
Аналогия с работой силы тяжести
Заряд q перемещается
в электрическом поле
Тело массы m перемещается
в поле силы тяжести
+
F = qE
d1
F = mg
h1
+
d2
----------
Wp = qEd
Aэл.поля = -ΔWp
h2
A = FScos(0)
= mg(h1 – h2)
Wp = mgh
= -(mgh2 – mgh1) = - ΔEp
Aтяж = -ΔWp
Знак потенциальной энергии
m>0
h>0
Wp = mgh > 0
h
«0» высоты
h
m>0
h<0
Wp = mgh < 0
Знак потенциальной энергии
зависит только от знака высоты
(от выбора «0» уровня)
Знак потенциальной энергии
Пример 3
1
2
+ + + +
F = qE
F = qE
+-
- - - -
d
«0» уровень
Wp = -|qEd|
+|qEd| <> 00
d
«0» уровень
Знак энергии заряда, находящегося в электрическом
поле, зависит: от направления поля, знака заряда и
выбора «0» уровня
Знак потенциальной энергии
Знак потенциальной энергии равен знаку
работы электрического поля при
перемещении заряда на «0» уровень.
A = -ΔWp = - (Wp2 – Wp1) = - (0 – Wp1) = Wp1
Пример 1
+
F = qE
A = FScos(0°) > 0
S
Wp = +|qEd|
«0» уровень
Знак потенциальной энергии
Второе
Знак
потенциальной
правило:
энергии равен знаку
работы
Если
сила,
электрического
действующая поля
на заряд,
при
перемещении
направлена
назаряда
«0» уровень,
на «0» то
уровень
Wp > 0
A = -ΔWp = - (Wp2 – Wp1) = - (0 – Wp1) = Wp1
Пример 2
+
S
«0» уровень
F = qE
Для
A =перемещения
FScos(180°)на
<0
«0» уровень необходимо
на заряд подействовать
внешней
Wp = силой
-|qEd|
(на рисунке не указана).
Работа при перемещении
по разным траекториям
электрического поля
A231 =Работа
FS231cos(90°)
cos(α)
cos(0°)
==F=F**FAB
CB
cos(0°)
==F*FBC
=*BC
0
*AC
**cos(α)
*cos(90°)
не зависит от траектории.
A
+
S2
F
α
A1 = F*BC
A2= 0
A3 = F*BC
S1
S3 α
C
B
A2+ A3 = A1
Работа электрического поля
не зависит от траектории
A12 = -ΔW12 = - (W2 – W1)
1
II
+
F
Энергии заряда W1 и W2 не
зависят от траектории.
Следовательно, при
перемещении заряда по
траекториям I и II работа
одинакова.
I
2
Работа при перемещении
по замкнутой траектории
При перемещении заряда по замкнутой линии
A
=
FS
cos(α)
cos(180°)
cos(90°)
=
F
=
AB
cos(α)
=
F
=
0
=
F
*=F
*FCA
**BC
*cos(90°)
*cos(180°)
*BC
*BC
1
2
3
1
2
3
работа электрического поля равна нулю.
A
+
F
α
S3
C
A1 = F*BC
S1
+
F
S2 α
F
B
A2 = - F*BC
A3= 0
A123= 0
Потенциал электрического поля
На заряд, находящийся в электрическом поле,
действует сила F
1
+
q
FE1
Если удалить заряд, то в
точке «останется»
напряженность

 F
E
q
Напряженность – силовая
характеристика
электрического поля
Потенциал электрического поля
Заряд, находящийся
Потенциал –вэнергетическая
электрическом поле,
характеристика
обладает потенциальной
электрического
энергией.
поля
«0» уровень
d1
1
?
+
q
φ1F1
Что «осталось»
Если
удалить заряд,
в точке?
то в
точке «остался»
Wp = |qEd|
потенциал
Wp qEd


 Ed
q
q
[Wp ] Дж
[ ] 

В
[q]
Кл
Напряженность и напряжение
1 -  2 Uзаряд из точки
[U ] В
Переместим
E

E   1 в точку 2
d
φ
q1 F
d
φ2
+
1
Δd
2
[d ]
м
Работа электрического поля:
A = FS= qEΔd
A = - (Wp2 – Wp1) = Wp2 – Wp1
Wp1 = qφ1; Wp2 = qφ2
A = qEΔd = q(φ1 – φ2) = qU
U = φ1 – φ2 - разность
потенциалов или напряжение
Энергия и потенциал точечного заряда
F – изменяется,
следовательно, разобьем
Qq
Q
Переместим
заряд
q
из
точки
a
в
точку
b
Wp  k
Wp  q    k
путь на
r небольшие участки ΔrSi
Работа электрического поля:
A = F1ΔS1 + F2ΔS2 + …
+
q ΔSF1 ΔS
S ΔS …
a 2 3
+
Q φa
+
φb
Fb
Qq
Qq
A  k 2 S1  k 2 S 2  ...
r1
r2
Qq
Qq
Ak
k
ra
rb
Заряды и массы. Аналогия.
Взаимодействие зарядов
q1
+ F
F - q2
r
q1q2
F k 2
r
q1q2
Wp  k
r
q2 < 0
→ Wp < 0
Взаимодействие масс
m1
F
F
r
m1m2
F G 2
r
m1m2
Wp  G
r
m2
Эквипотенциальные поверхности
При перемещении заряда перпендикулярно силовым
Поверхность,
все точки которой
линиям электрического
поля A = имеют
q(φ1 – φравный
2) = 0,
потенциал, называется эквипотенциальной
следовательно, φ1 = φ2
Однородное поле
Поле точечного заряда
+
+
Q
+