Potencjalna różnica
Wiadomo, że jedno ciało można ogrzać więcej, a jeszcze inne mniej. Stopień nagrzania ciała nazywa się jego temperaturą. Podobnie, jedno ciało można zelektryzować bardziej niż inne. Stopień elektryzacji ciała charakteryzuje ilość określaną mianem potencjału elektrycznego lub po prostu potencjał ciała.
Co to znaczy elektryzować ciało? To znaczy poinformować go ładunek elektrycznytzn. dodać do niej pewną liczbę elektronów, jeśli naładujemy ciało negatywnie, lub odciągniemy je od niego, jeśli naładujemy ciało pozytywnie. W obu przypadkach ciało będzie miało pewien stopień elektryzowania, tj. Jeden lub inny potencjał, a ciało, które jest naładowane dodatnio, będzie miało potencjał dodatni, a ciało naładowane ujemnie będzie miało potencjał ujemny.
Różnica w poziomach ładunków elektrycznych dwa ciała zwane różnica potencjałów elektrycznych lub po prostu potencjalna różnica.
Należy pamiętać, że jeśli dwa identyczne ciała zostaną obciążone podobnymi ładunkami, ale jeden będzie większy od drugiego, to będzie również istniała potencjalna różnica między nimi.
Ponadto istnieje różnica potencjałów między dwoma takimi organami, z których jeden jest naładowany, a drugi nie pobiera opłat. Na przykład, jeśli ciało wyizolowane z ziemi ma pewien potencjał, to różnica potencjałów między nim a ziemią (którego potencjał uważa się za równą zeru) jest liczbowo równa potencjałowi tego ciała.
Tak więc, jeśli dwa ciała są naładowane w taki sposób, że ich potencjał nie jest taki sam, istnieje nieuchronna potencjalna różnica między nimi.
Wszyscy wiedzą zjawisko elektryzacji czesanie włosów na włosach to nic innego jak tworzenie potencjalnej różnicy między grzebieniem a włosami danej osoby.
Rzeczywiście, podczas wcierania szczotki do włosów, niektóre elektrony przechodzą na grzebień, ładując je negatywnie, podczas gdy włosy, tracąc niektóre elektrony, naładowane są w takim samym stopniu jak grzebień, ale pozytywnie. Powstałą w ten sposób różnicę potencjałów można zredukować do zera dotykając grzebienia na włosach. To odwrotne przejście elektronów jest łatwo wykrywane przez ucho, jeśli elektryzowany grzebień zbliża się do ucha. Charakterystyczny trzask będzie wskazywał na wystąpienie wyładowania.
Mówiąc wyżej o potencjalnej różnicy, mieliśmy jednak na myśli dwa naładowane ciała różnicę potencjałów można uzyskać między różnymi częściami (punktami) tego samego ciała.
Rozważmy na przykład, co się stanie, jeśli pod działaniem jakiejś zewnętrznej siły uda nam się przesunąć wolne elektrony w drucie do jednego końca. Oczywiście, na drugim końcu drutu będzie brak elektronów, a wtedy między końcówkami drutu pojawi się potencjalna różnica.
Jak tylko zatrzymamy działanie siły zewnętrznej, natychmiast elektrony, ze względu na przyciąganie przeciwnych ładunków, będą śpieszyć się do końca drutu, który jest dodatnio naładowany, tj. Do miejsca, w którym go brakuje, i elektryczną równowagę powróci.
Siła i napięcie elektromotoryczne
D aby utrzymać prąd elektryczny w przewodniku, potrzebne jest jakieś zewnętrzne źródło energii, które przez cały czas wspierałoby różnicę potencjałów na końcach tego przewodnika.
Te źródła energii to tzw źródła prądu elektrycznegoposiadanie pewnej siła elektromotoryczna, który tworzy długi czas i utrzymuje różnicę potencjału na końcach przewodnika.
Siła elektromotoryczna (w skrócie EMF) oznaczona jest literą E. Jednostką miary EMF jest volt. W naszym kraju wolt jest skracany do litery "B", aw międzynarodowym oznaczeniu literą "V".
Aby uzyskać ciągły przepływ, potrzebna jest siła elektromotoryczna, tj. Potrzebne jest źródło prądu elektrycznego.
Pierwszym takim źródłem prądu był tak zwany "słup voltaiczny", który składał się z szeregu okręgów miedzianych i cynkowych, ułożonych ze skóry zamoczonej w zakwaszonej wodzie. Tak więc, jedną z metod uzyskiwania siły elektromotorycznej jest chemiczne oddziaływanie pewnych substancji, w wyniku czego energia chemiczna jest przekształcana w energię elektryczną. W ten sposób nazywa się źródła prądu, w których powstaje siła elektromotoryczna chemiczne źródła prądu.
Obecnie źródła prądu chemicznego - ogniwa galwaniczne i baterie - są szeroko stosowane w elektrotechnice i energetyce.
Innym ważnym źródłem prądu, szeroko stosowanym we wszystkich dziedzinach elektrotechniki i energii elektrycznej, są generatory.
Generatory są instalowane na stacjach elektrycznych i służą jako jedyne źródło prądu do dostarczania energii elektrycznej do przedsiębiorstw przemysłowych, oświetlenia elektrycznego miast, kolei elektrycznych, tramwajów, metra, trolejbusów itp.
Podobnie jak chemiczne źródła prądu elektrycznego (ogniwa i baterie) oraz generatory, działanie siły elektromotorycznej jest dokładnie takie samo. Polega on na tym, że emf tworzy potencjalną różnicę na zaciskach bieżącego źródła i utrzymuje go przez długi czas.
Zaciski te nazywane są biegunami źródła prądu. Jeden biegun obecnego źródła zawsze doświadcza niedoboru elektronów, a zatem ma dodatni ładunek, drugi biegun doświadcza nadmiaru elektronów, a zatem ma ładunek ujemny.
W związku z tym jeden biegun obecnego źródła nazywa się dodatnim (+), drugi - ujemnym (-).
Źródła prądu służą do zasilania różnych urządzeń prądem elektrycznym. Obecni odbiorcy za pomocą przewodów są podłączeni do biegunów źródła prądu, tworząc zamknięty obwód elektryczny. Różnica potencjałów ustalona między biegunami źródła prądu z zamkniętym obwodem elektrycznym nazywana jest napięciem i jest oznaczona literą U.
Jednostką pomiaru napięcia, podobnie jak EMF, jest volt.
Jeśli, na przykład, musisz zapisać, że napięcie źródła prądu wynosi 12 woltów, a następnie napisz: U - 12 V.
Do pomiaru lub napięcia używane jest urządzenie zwane woltomierzem.
Aby zmierzyć EMF lub napięcie źródła prądu, konieczne jest podłączenie woltomierza bezpośrednio do jego biegunów. W takim przypadku, jeśli otwarty, woltomierz wskaże emf bieżącego źródła. Jeśli zamkniesz obwód, woltomierz nie wyświetli wartości EMF, a napięcie na zaciskach źródła prądu.
Wielkość pola elektromagnetycznego opracowanego przez obecne źródło jest zawsze większa niż napięcie na jego zaciskach.
Pole elektrostatyczne ma energię. Jeżeli ładunek elektryczny znajduje się w polu elektrostatycznym, pole, działając na nie z pewną siłą, przesunie je, wykonując pracę. Każda praca wiąże się ze zmianą jakiejś energii. Praca pola elektrostatycznego w ruchu ładunku jest zwykle wyrażana w kategoriach wielkości zwanej różnicą potencjałów.
gdzie q to kwota opłaty do przeniesienia,
j 1 i j 2 to potencjały punktów początkowych i końcowych ścieżki.
Dla zwięzłości będziemy oznaczać dalej. V to potencjalna różnica.
V = A / q. RÓŻNICA POTENCJAŁÓW MIĘDZY PUNKTAMI POLA ELEKTROSTATYCZNEGO TO DZIAŁANIE, JAKIE SIŁY ELEKTRYCZNE WPROWADZAJĄ PRZEZ RUCH POMIĘDZY ŁADUNKIEM W JEDNEJ WISIENCE .
[V] = V. 1 wolt to potencjalna różnica między punktami, pomiędzy którymi ładunek w 1 zawieszeniu, siły elektrostatyczne działają w 1 dżul.
Różnica potencjałów między ciałami jest mierzona za pomocą elektrometru, dla którego jeden z ciał jest połączony przewodami z ciałem elektrometru, a drugi ze strzałką. W obwodach elektrycznych mierzy się różnicę potencjałów między punktami obwodu za pomocą woltomierza.
Przy odległości od ładunku pole elektrostatyczne słabnie. W związku z tym charakterystyka energetyczna pola - potencjał dąży do zera. W fizyce potencjał nieskończenie odległego punktu przyjmuje się jako zero. W elektrotechnice wierzą, że powierzchnia Ziemi ma zerowy potencjał.
Jeśli ładunek przesunie się z tego punktu do nieskończoności, wtedy
A = q (j-O) = qj =\u003e j = A / q, tj. POTENCJAŁ PUNKTU JEST DZIAŁEM, KTÓRY JEST WYKONYWANY PRZEZ SIŁY ELEKTRYCZNE, PRZEPŁYWAJĄC OPŁATĘ W JEDNYM WISIENIU Z TEGO PUNKTU DO NIESKOŃCZONOŚCI .
Załóżmy, że w jednolitym polu elektrostatycznym o intensywności E ładunek dodatni q przesuwa się wzdłuż kierunku wektora intensywności o odległość d. Prace terenowe nad ruchem ładunku można znaleźć poprzez siłę pola i różnicę potencjałów. Oczywiście, za pomocą dowolnej metody obliczania pracy, uzyskuje się tę samą wartość.
A = Fd = Eqd = qV. =\u003e
Ta formuła łączy charakterystykę mocy i energii pola. Ponadto daje nam jednostkę napięcia.
[E] = V / m. 1 V / m to natężenie takiego jednorodnego pola elektrostatycznego, którego potencjał zmienia się o 1 V przy przesuwaniu się wzdłuż kierunku wektora intensywności o 1 m.
PRAWO OMA DLA SEKCJI ŁAŃCUCHA.
Zwiększenie różnicy potencjałów na końcach przewodnika powoduje wzrost natężenia prądu w nim. Ohm eksperymentalnie udowodnił, że prąd w przewodniku jest wprost proporcjonalny do różnicy potencjałów w jego obrębie.
Gdy różne odbiorniki są włączane w tym samym obwodzie elektrycznym, ich natężenie jest inne. Oznacza to, że różni odbiorcy na różne sposoby uniemożliwiają przepuszczanie przez nie prądu elektrycznego. ROZMIAR FIZYCZNY, CHARAKTERYSTYKA ZDOLNOŚCI PRZEWODU DO AKTUALIZACJI PRĄDU ELEKTRYCZNEGO DO PASAŻU, JEST PRĄDEM ELEKTRYCZNYM, ODPOWIEDZIĄ ODPORNOŚCIĄ ELEKTRYCZNĄ . Rezystancja danego przewodnika jest wartością stałą przy stałej temperaturze. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się odporność metali, a ciecze - zmniejszają się. [R] = ohm. 1 Ohm to rezystancja takiego przewodnika, przez który prąd 1A przepływa z różnicą potencjałów na jego końcach 1B. Najczęściej używane przewodniki metalowe. Nosiciele w nich są wolnymi elektronami. Przemieszczając się wzdłuż przewodnika, oddziałują z dodatnimi jonami sieci krystalicznej, dając im trochę energii i tracąc prędkość. Aby uzyskać pożądaną odporność za pomocą magazynu odporności. Sklep odpornościowy to zestaw spiral spiralnych ze znanymi rezystancjami, które mogą być zawarte w obwodzie w pożądanej kombinacji.
Oh, eksperymentalnie to ustalił BIEŻĄCA MOC W SEKCJI JEDNOLITEGO ŁAŃCUCHA JEST BEZPOŚREDNIO PROPORCJONALNA OD RÓŻNYCH POTENCJAŁÓW NA KOŃCU TEJ STRONY I POWRÓT PROPORCJONALNIE NA ODPORNOŚĆ NA TEJ STRONIE.
Jednorodna część obwodu nazywana jest sekcją, w której nie ma źródeł prądu. To prawo Ohma dla jednorodnej części obwodu - podstawy wszystkich obliczeń elektrotechnicznych.
W tym przewody o różnych długościach, różnych przekrojach, wykonane z różnych materiałów, stwierdzono: ODPORNOŚĆ PRZEWODNIKA BEZPOŚREDNIO PROPAGUJE DO DŁUGOŚCI PRZEWODNIKA ORAZ ODWRÓCONEJ ODPOWIEDZIALNIE W PRZESTRZENI JEGO PRZESZKODY. ODPORNOŚĆ KUBA Z FIN W 1 MIERNIKU Z JAKIEGOKOLWIEK SUBSTANCJI, JEŚLI AKTUALNA PRZYCZYNIA SIĘ DO UZUPEŁNIENIA JEGO OPOJSKIEJ PRZEDNI, WYWOŁANA JEST SZCZEGÓLNA ODPORNOŚĆ NA TEN SUBSTANCJĘ . [r] = Ohm m. Często używana jest niesystemowa jednostka rezystywności - rezystancja przewodnika o polu przekroju 1 mm 2 i długości 1 m. [r] = Ohm mm 2 / m.
Rezystywność substancji jest wartością tabelaryczną. Rezystancja przewodnika jest proporcjonalna do jego rezystywności.
Działanie suwaków i rezystorów krokowych opiera się na zależności rezystancji przewodu na jego długości. Reaktor suwakowy to ceramiczny cylinder z nawiniętym nikiel-niklem. Reostat jest połączony z obwodem za pomocą suwaka, który zawiera większą lub mniejszą długość uzwojenia w obwodzie. Drut pokryty jest warstwą wagi, izolując cewki od siebie.
A) KONSEKWENTNE I RÓWNOLEGŁE POŁĄCZENIE KONSUMENTÓW.
Często w obwód elektryczny znajduje się kilku odbiorców prądu. Wynika to z faktu, że nie jest racjonalne, aby każdy konsument miał swoje własne bieżące źródło. Istnieją dwa sposoby włączania wymienników ciepła: szeregowe i równoległe oraz ich kombinacje w postaci mieszanego związku.
a) Konsekwentne połączenie konsumentów.
Dzięki połączeniu szeregowemu, nagrywarki tworzą nieprzerwany łańcuch, w którym konsumenci są połączeni jeden po drugim. Przy połączeniu szeregowym nie ma odgałęzień przewodów łączących. Rozważ prostotę łańcuch dwóch połączonych szeregowo odbiorników. Ładunek elektryczny, który przeszedł przez jednego z odbiorców przejdzie przez drugi, ponieważ w przewodniku łączącym konsumentów nie może występować zanikanie, występowanie i gromadzenie ładunków. q = q 1 = q 2. Dzieląc wynikowe równanie przez czas przepływu prądu przez obwód, uzyskujemy połączenie między prądem płynącym przez całe połączenie i prądami przepływającymi przez jego sekcje.
Oczywiście, praca polegająca na przenoszeniu pojedynczego ładunku dodatniego w całym złożeniu składa się z pracy, która przenosi ładunek we wszystkich jego częściach. Tj V = V 1 + V 2 (2).
Całkowita różnica potencjałów między konsumentami połączonymi szeregowo jest równa sumie potencjalnych różnic między konsumentami.
Dzielimy obie strony równania (2) przez prąd w obwodzie, otrzymujemy: U / I = V 1 / I + V 2 / I. Tj opór całej sekcji połączonej szeregowo jest równy sumie rezystancji emiterów ciepła jego elementów.
B) Równoległe połączenie konsumentów.
Jest to najczęstszy sposób uwzględnienia konsumentów. Dzięki temu połączeniu wszyscy konsumenci są włączeni do dwóch punktów wspólnych dla wszystkich konsumentów.
Wraz z przejściem równoległym ładunek elektryczny biegnący wzdłuż obwodu dzieli się na kilka części, które trafiają do indywidualnych odbiorców. Zgodnie z prawem zachowania ładunku q = q 1 + q 2. Dzieląc to równanie przez czas potrzebny do przejścia ładunku, uzyskujemy połączenie między całkowitym prądem przepływającym przez obwód i prądami docierającymi do poszczególnych odbiorców.
Zgodnie z definicją różnicy potencjałów V = V 1 = V 2 (2).
Zgodnie z prawem Ohma dla części obwodu, zastępujemy siły prądów w równaniu (1) przez stosunek różnicy potencjału do rezystancji. Otrzymujemy: V / R = V / R 1 + V / R 2. Po redukcji: 1 / R = 1 / R 1 + 1 / R 2,
tj. odwrotność oporu połączenia równoległego jest równa sumie odwrotności oporów poszczególnych jej gałęzi.
Aby zbadać pole elektrostatyczne z punktu widzenia energii, wprowadza się do niego pozytywnie naładowany korpus punktowy - ładunek próbny, tak jak w przypadku uwzględnienia intensywności. Załóżmy, że jednolite pole elektryczne, poruszające się od punktu 1 do punktu 2, ciało wprowadzone do niego przez ładunek q i po drodze l, wykonuje pracę A = qEl (Rys. 62, a). Jeśli kwota opłaty zostanie wprowadzona 2q, 3q, ..., nq, wtedy pole odpowiednio wykona zadanie: 2A, 3A, ..., nA. Prace te różnią się wielkością, dlatego nie mogą służyć jako charakterystyka pola elektrycznego. Przyjmując odpowiednio proporcje wartości tych prac do wartości ładunku ciała, okazuje się, że te zależności dla dwóch punktów (1 i 2) są stałe:
Jeśli będziemy badać w podobny sposób pole elektryczne pomiędzy dowolnymi dwoma punktami, to wnioskujemy, że dla dowolnych dwóch punktów pola stosunek pracy do ładunku ciała poruszanego przez pole między punktami jest stały, ale jest różny w zależności od odległości między punktami. Wartość zmierzona przez ten Powiązanie nazywana jest różnicą potencjałów między dwoma punktami pola elektrycznego (oznaczonymi φ 2 - φ 1) lub napięciem U pomiędzy punktami pola. Wielkość skalarna, która jest charakterystyką energetyczną pola elektrycznego i mierzona przez pracę wykonywaną przez nią podczas przesuwania korpusu punktowego o ładunku równym +1, z jednego punktu pola na inny, nazywana jest różnicą potencjałów między dwoma punktami pola lub napięciem między tymi punktami. Od definicji potencjalnej różnicy 
napięcie U = φ 2 - φ 1 = Δφ.
Wokół każdego naładowanego ciała znajduje się pole elektryczne. Wraz ze wzrostem odległości od ciała do dowolnego punktu pola, siła, z jaką działa na ładunek wprowadzony do niego zmniejsza się (prawo Coulomba) iw pewnym momencie przestrzeń staje się prawie zerowa. Miejsce, w którym nie jest wykrywane działanie pola elektrycznego danego naładowanego ciała, jest wywoływane nieskończenie odległe od niego.
Jeśli kula do elektroskopu zostanie umieszczona w różnych punktach pola elektrycznego naładowanej kuli maszyny elektroforowej, ładuje ona elektroskop. Gdy kulka elektrody jest uziemiona, pole elektryczne maszyny nie ma żadnego wpływu na elektroskop. Różnica potencjałów między dowolnym punktem pola elektrycznego a punktem znajdującym się na powierzchni Ziemi nazywa się potencjałem tego punktu pola względem Ziemi. Mierzy się ją w pracy, do obliczenia której konieczne jest poznanie początkowych i końcowych punktów ścieżki. Punkt na powierzchni Ziemi traktowany jest jako jeden z tych punktów, a praca związana z przemieszczaniem ładunku, a tym samym potencjałem innego punktu, jest obliczana względem niego.
Jeśli pole elektryczne jest utworzone przez ciało naładowane dodatnio (Rys. 62, b), wówczas samo porusza ciałem o ładunku dodatnim C doprowadzonym do niego na powierzchnię Ziemi Potencjały punktów takiego pola są uważane za dodatnie. Kiedy pole elektryczne jest utworzone przez ciało naładowane ujemnie (rys. 62, c), potrzebna jest obca siła F post, aby przesunąć dodatnio naładowany korpus C na powierzchnię Ziemi. Potencjalne punkty takiego pola są uważane za ujemne.
Jeśli potencjały punktów polowych φ 1 i φ 2 są znane, to w oparciu o formułę różnicy potencjałów można obliczyć pracę przemieszczania naładowanego ciała z jednego punktu pola do drugiego: A = q (φ 2 - φ 1), lub A = qU. Dlatego różnica potencjałów jest charakterystyką energetyczną pola elektrycznego. Korzystając z tych wzorów, oblicza się pracę transferu ładunku w jednolitych i niejednolitych polach elektrycznych.
Ustaw jednostkę miary napięcia (różnicy potencjałów) w systemie SI. W tym celu podstawiamy wartość we wzorze napięcia A = 1 j i q = 1 do:
Na jednostkę napięcia - wolt - przyjmuje się różnicę potencjałów między dwoma punktami pola elektrycznego, gdy poruszanie się między korpusem punktu z ładunkiem 1 do pola działa w 1 dżul.
Aby dać głębszą definicję wielkości fizycznej, która jest nam już znana od ósmej klasy, przypomnijmy definicję potencjału punktu polowego i sposobu obliczania pracy pola elektrycznego.
Potencjał, jak pamiętamy, jest proporcją energii potencjalnej ładunku umieszczonego w pewnym punkcie pola do wielkości tego ładunku, lub jest to dzieło, które zrobi pole, jeśli w tym miejscu umieścisz ładunek dodatni.
Oto potencjalna energia ładunku; - kwota opłaty. Jak pamiętamy z mechaniki do obliczenia pracy terenowej wykonanej na ładunku :.
Teraz zapisujemy potencjalną energię za pomocą definicji potencjału :. I wykonaj kilka przekształceń algebraicznych:
Tak więc otrzymujemy to.
Dla wygody wprowadzamy specjalną wartość oznaczającą różnicę pod nawiasami: 
.
Definicja: napięcie (różnica potencjałów) - stosunek pracy wykonywanej przez pole podczas transferu ładunku od punktu początkowego do końcowego, do wielkości tego ładunku.
Jednostka miary - V - wolt:
.
Szczególną uwagę należy zwrócić na fakt, że w odróżnieniu od standardowej koncepcji fizyki różnicy (różnica algebraiczna pewnej wartości w końcowym momencie i tej samej wartości w momencie początkowym), aby znaleźć różnicę potencjałów (napięcie), konieczne jest pobranie ostatecznego z początkowego potencjału.
Aby uzyskać wzór dla tego połączenia, dla uproszczenia wykorzystujemy przypadek jednolitego pola utworzonego przez dwie przeciwnie naładowane płytki (patrz ryc. 1).
Ryc.1. Przykład jednolitego pola
W tym przypadku wektory siły wszystkich punktów pola między płytami mają jeden kierunek i jeden moduł. Teraz, jeśli dodatni ładunek jest umieszczony w pobliżu płytki dodatniej, to pod działaniem siły Coulomba, naturalnie przesuwa się w kierunku płytki ujemnej. Tak więc pole będzie wykonywać pewne prace nad tym ładunkiem. Piszemy definicję pracy mechanicznej :. Oto moduł mocy; - moduł przemieszczenia; - kąt pomiędzy wektorami siły i przesunięcia.
W naszym przypadku wektory siły i przesunięcia są współkierowane (ładunek dodatni jest odpychany od dodatniego i przyciągany do ujemnego), więc kąt wynosi zero, a cosinus jest jednością :.
Napiszmy siłę przez intensywność, a moduł przemieszczenia oznaczymy jako d - odległość między dwoma punktami - początek i koniec ruchu :.
W tym samym czasie. Porównując prawą stronę równości, uzyskujemy pożądane połączenie:
Wynika z tego, że napięcie można również zmierzyć.
Odchodząc od naszego jednorodnego modelu pola, szczególną uwagę należy zwrócić na niejednorodne pole, które jest tworzone przez naładowaną metalową kulkę. Z dostępnych eksperymentów wynika, że potencjał dowolnego punktu wewnątrz lub na powierzchni kuli (pustej lub litej) nie zmienia jej wartości, a mianowicie:
.
Oto współczynnik elektrostatyczny; - pełny ładunek piłki; - promień kuli.
Ta sama formuła obowiązuje również przy obliczaniu potencjału pola ładunku punktowego w odległości od tego ładunku.
Energia oddziaływania dwóch ładunków
Jak określić energię oddziaływania dwóch naładowanych ciał znajdujących się w pewnej odległości od siebie (patrz ryc. 2).
Ryc. 2. Interakcja dwóch ciał znajdujących się w odległości r
Aby to zrobić, wyobraź sobie całą sytuację: tak jakby ciało 2 znajdowało się w zewnętrznym polu ciała 1. Odpowiednio, teraz energia interakcji może być nazwana potencjalną energią ładunku 2 w zewnętrznym polu, formuła, dla której wiemy :.
Teraz, znając charakter pola zewnętrznego (pole ładunku punktowego), znamy formułę obliczania potencjału w punkcie w pewnej odległości od źródła pola:
.
Zastąp drugie wyrażenie pierwszym i uzyskaj wynik końcowy:
.
Jeśli początkowo wyobrażaliśmy sobie, że ten ładunek 1 znajduje się w zewnętrznym polu 2, to oczywiście wynik nie zmieniłby się.
W przypadku elektrostatyki interesujące jest wybranie wszystkich punktów przestrzeni, które mają ten sam potencjał. Takie punkty tworzą pewne powierzchnie, które nazywane są ekwipotencjalnymi.
Definicja: powierzchnie ekwipotencjalne to powierzchnie, w których każdy punkt ma ten sam potencjał. Jeśli narysujemy takie powierzchnie i narysujemy linie sił tego samego pola elektrycznego, widzimy, że powierzchnie ekwipotencjalne są zawsze prostopadłe do linii sił, a ponadto linie sił są zawsze skierowane w kierunku zmniejszenia potencjału (patrz rys. 3).
Ryc. 3. Przykłady powierzchni ekwipotencjalnych
Kolejny ważny fakt dotyczący powierzchni ekwipotencjalnych: w oparciu o definicję, różnica potencjałów między dowolnymi punktami na takiej powierzchni wynosi zero (potencjały są równe), co oznacza, że praca pola przy przenoszeniu ładunku z jednego punktu ekwipotencjalnej powierzchni na drugą jest również zerowa.
W następnej lekcji rozważymy bardziej szczegółowo pole dwóch naładowanych płytek, a mianowicie kondensatora urządzenia i jego właściwości.
1) Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizyka (poziom podstawowy) M .: Mnemosyne. 2012
2) Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizyka 10 klasy. M .:: Ileksa. 2005
3) Kasyanov V.A. Fizyka 10 klasy. M .: Drofa. 2010
1) Witryna Physicon ()
Praca domowa
1) str. 95: Nr 732 - 736. Fizyka. Problem Book 10-11 zajęć. Rymkevich A.P. M.: Drofa 2013 ()
2) W punkcie o potencjale 300 V naładowany organizm ma energię potencjalną -0,6 μJ. Jaki jest ładunek ciała?
3) Jakiego rodzaju energii kinetycznej uzyskał elektron, przechodząc przyspieszającą różnicę potencjałów o wartości 2 kV?
4) Na jakiej trajektorii powinien poruszać ładunek w polu elektrycznym, aby jego praca była minimalna?
5) * Narysuj ekwipotencjalne powierzchnie pola utworzone przez dwa przeciwne ładunki.
Być może jednym z najczęściej używanych wyrażeń u elektryków jest pojęcie napięcia elektrycznego. Nazywa się ją również potencjalną różnicą i nie całkiem trafną frazą, taką jak napięcie, cóż, znaczenie nazw jest zasadniczo powszechne. A co naprawdę oznacza ta koncepcja? Być może na początek podam treść książki: napięcie - jest stosunek pracy pola elektrycznego opłat w transferze opłaty próbnej z punktu 1 do punktu 2. Cóż, w prostych słowach wyjaśniono to następująco.
Pozwolę sobie przypomnieć, że istnieją dwa rodzaje opłat, są one dodatnie znakiem "+", a ujemne znakiem "-". Większość z nas w dzieciństwie bawiła się magnesami, które zostały rzetelnie wydobyte z innej zepsutej maszyny do pisania z silnikiem elektrycznym, w którym stali. Kiedy więc próbowaliśmy zbliżyć te magnesy do siebie, w jednym przypadku były przyciągane, a jeśli jedno z nich zostało odwrócone, odpowiednio odpychały.
Stało się tak dlatego, że każdy magnes ma dwa bieguny, to jest południe i północ. W przypadku, gdy bieguny są takie same, magnesy będą odpychać, a gdy nie, przyciągają. To samo dzieje się z ładunkami elektrycznymi, a siła oddziaływania zależy od liczby i rozbieżności tych naładowanych cząstek. Mówiąc najprościej, im więcej "plus" na jednym obiekcie, a "minus" na drugim, tym bardziej przyciągają się do siebie. Lub odwrotnie, odpychaj się tym samym ładunkiem (+ i + lub - i -).
Teraz wyobraź sobie, że mamy dwie małe żelazne kulki. Jeśli spojrzysz na nie mentalnie, zobaczysz ogromną liczbę małych cząstek, które znajdują się w niewielkiej odległości od siebie i nie są zdolne do swobodnego poruszania się, są to rdzenie naszej substancji. Mniejsze cząstki wirują wokół tych cząstek z niewiarygodnie wysokimi prędkościami, zwanymi elektrony. Mogą oderwać się od niektórych rdzeni i połączyć się z innymi, podróżując po całej żelaznej kuli. W przypadku, gdy liczba elektronów odpowiada liczbie protonów w jądrze, kule są elektrycznie obojętne.
Ale jeśli w jakiś sposób weźmiesz pewną ilość, taka kula będzie przyciągać do siebie właśnie tę rzecz, brakującą ilość elektronów, tworząc w ten sposób pozytywne pole wokół siebie znakiem "+". Im więcej elektronów brakuje, tym silniejsze będzie to. pole pozytywne. W następnej kuli zrobi obrót i doda dodatkowe elektrony. W rezultacie dostajemy nadmiar i, odpowiednio, to samo pole elektryczne, ale ze znakiem "-".
W rezultacie otrzymujemy dwa potencjały, z których jeden jest chętny do uzyskania elektronów, a drugi się ich pozbędzie. W kuli z nadmiarem dochodzi do skurczu, a te cząsteczki, wokół których znajduje się pole, są popychane i wypychają się nawzajem z piłki. I tam, gdzie występuje ich niedobór, pojawia się coś w rodzaju próżni, która stara się wciągnąć w siebie elektrony. Jest to wyraźny przykład potencjalnej różnicy i nic więcej niż napięcie między nimi. Ale tylko te żelazne kulki łączą się ze sobą, ponieważ nastąpi wymiana i napięcie zniknie, ponieważ powstaje neutralność.
Z grubsza mówiąc, ta siła zasysania naładowanych cząstek, aby przejść od bardziej naładowanych części do mniej naładowanych między dwoma punktami, będzie potencjalną różnicą. Wyobraźmy sobie mentalnie przewody podłączone do baterii zwykłej latarki. Reakcja chemiczna zachodzi w samym akumulatorze, w wyniku czego występuje nadmiar elektronów ("-"), wewnątrz baterii są one popychane do ujemnego zacisku. Te elektrony aspirują, powrócą na swoje miejsce, skąd zostały wcześniej wypchnięte.
Nie dostają się one do wnętrza akumulatora, więc należy poczekać na moment, kiedy wykonają most w postaci przewodu elektrycznego, a następnie szybko docierają do dodatniego bieguna akumulatora, gdzie są przyciągane. I chociaż nie ma mostu, będzie chęć pójścia w tym kierunku napięcie elektryczne lub potencjalna różnica (napięcie).
Podam podobny przykład na innym widoku. Jest zwykły kran z wodą. Kurek jest zamknięty, a zatem woda nie wydostaje się z niego, ale w środku wciąż jest woda, a ponadto znajduje się pod pewnym ciśnieniem, z powodu tego ciśnienia, ma skłonność do wybijania się, ale jest zasłonięta przez zamknięty kran. A gdy tylko przekręcisz klamkę, woda natychmiast się uruchomi. Tak więc to ciśnienie można w przybliżeniu porównać z napięciem i wodą z naładowanymi cząstkami. W tym przykładzie przepływ samej wody będzie działał jako prąd elektryczny w samych przewodach, a zamknięty kran w roli elektrycznego przełącznika. Ten przykład podałem tylko dla jasności i nie jest to kompletna analogia!
Co dziwne, ale ludzie nie są blisko spokrewnieni z zawodem elektryka, nazywa się to często napięciem elektrycznym , wyrażanie napięcia i jest to niewłaściwe sformułowanie, ponieważ napięcie, jak się dowiedzieliśmy, jest potencjalną różnicą ładunków elektrycznych, a prąd jest przepływem tych naładowanych cząstek. I okazuje się, że wymawiając napięcie na końcu niewielka rozbieżność samej koncepcji.
Napięcie, jak również wszystkie inne wartości, ma swoją jednostkę miary. Jest mierzony w woltach. Są to te same napięcia, które są zapisane na urządzeniach i zasilaczach. Na przykład w normalnym gniazdku domowym 220 V lub zakupionym akumulatorze 1,5 V. Generalnie myślę, że ogólnie rozumiesz, czym jest to bardzo wysokie napięcie. W tym artykule opierałem się jedynie na prostym zrozumieniu tego pojęcia i nie wchodziłem w głąb sformułowań i formuł, aby nie komplikować zrozumienia. W rzeczywistości temat ten można badać znacznie szerzej, ale to już zależy od Ciebie i Twojego pragnienia.
P.S. Bądź ostrożny podczas pracy z elektrycznością, wysokie napięcie zagraża życiu.
