Теория:
Работа сил электростатического поля
Работа сил электростатического поля — это работа, которую совершают силы поля при перемещении электрического заряда из одной точки в другую.
Важно!
- Не зависит от траектории, а определяется только начальным и конечным положением заряда. Это свойство характерно для потенциальных (консервативных) полей.
- При замкнутой траектории работа равна нулю. Если заряд вернулся в исходную точку, суммарная работа сил поля нулевая.
- Работа положительна, если поле «помогает» движению заряда (например, одноимённые заряды отталкиваются), и отрицательна, если поле препятствует движению.
Формула работы при перемещении заряда \(q\) из точки \(1\) в точку \(2\):
\(A_{12}=q(φ_{1}−φ_{2})\),
где \(φ_{1}\) и \(φ_{2}\) — потенциалы начальной и конечной точек.
\(A_{12}=q(φ_{1}−φ_{2})\),
где \(φ_{1}\) и \(φ_{2}\) — потенциалы начальной и конечной точек.
Потенциал
Потенциал электростатического поля в данной точке (\(φ\)) — это энергетическая характеристика поля, показывающая, какой потенциальной энергией обладал бы единичный положительный заряд, помещённый в эту точку.
Определяется как отношение потенциальной энергии пробного заряда к его величине:
\(φ=\frac{Wp}{q}\), где
\(Wp\) — потенциальная энергия заряда в данной точке поля;
\(q\) — величина электрического заряда.
\(φ=\frac{Wp}{q}\), где
\(Wp\) — потенциальная энергия заряда в данной точке поля;
\(q\) — величина электрического заряда.
Единицы измерения: вольт (В), \(1\) В \(=1\) Дж/Кл.
Важно!
Потенциал поля точечного заряда \(Q\) на расстоянии \(r\) от него:
\(φ=k\frac{Q}{r}\),
Потенциал поля точечного заряда \(Q\) на расстоянии \(r\) от него:
\(φ=k\frac{Q}{r}\),
где \(k\) — коэффициент пропорциональности в законе Кулона.
- Потенциал считается относительной величиной: обычно за ноль принимают потенциал бесконечно удалённой точки или потенциал Земли.
- Потенциал системы зарядов равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым зарядом (принцип суперпозиции).
Разность потенциалов
Разность потенциалов (\(Δφ\) или \(U\)) между двумя точками — это разница потенциалов в этих точках:
\(U=φ_{1}−φ_{2}\).
Она показывает, какую работу совершает поле при перемещении единичного положительного заряда из точки \(1\) в точку \(2\).
\(U=φ_{1}−φ_{2}\).
Она показывает, какую работу совершает поле при перемещении единичного положительного заряда из точки \(1\) в точку \(2\).
Физический смысл:
- разность потенциалов численно равна работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда между этими точками;
- если \(φ_{1}>φ_{2}\), поле совершает положительную работу при движении положительного заряда от \(1\) к \(2\);
- разность потенциалов также называют напряжением.
Связь с работой: \(A=qU=q(φ_{1}−φ_{2})\).
Практическое значение:
- разность потенциалов — одна из основных измеряемых величин в электротехнике;
- вольтметр измеряет именно разность потенциалов между двумя точками цепи;
- в бытовых сетях напряжение \(220\) В означает разность потенциалов \(220\) В между фазой и нулём.