Разность потенциалов (напряжение)

Вспомним, что работа силы тяготения и силы упругости по перемещению тела также зависит только от начального и конечного положения тела и не зависит от траектории его движения. Это позволило ввести понятие потенциальной энергии для системы тел, взаимодействующих посредством сил тяготения и упругости.

Поскольку работа электростатического поля по перемещению заряда тоже зависит только от начального и конечного положения заряда, для заряда в электростатическом поле тоже можно ввести понятие потенциальной энергии.

Обозначим потенциальную энергию заряда W_p. Как вы уже знаете, изменение потенциальной энергии равно работе, совершаемой телом или системой тел, взятой со знаком минус. Поэтому если заряд переместился из точки 1 в точку 2, то

W_p2 - W_p1 = -А₁₂,

где А₁₂ — работа, совершённая полем по перемещению заряда из точки 1 в точку 2.

Перепишем эту формулу так:

W_p1 - W_p2 = -А₁₂. (1)

Отсюда видно, что при перемещении заряда из точки 1 в точку 2:

— если поле совершает положительную работу, то потенциальная энергия заряда уменьшается;

— если поле совершает отрицательную работу (например, когда сила направлена противоположно перемещению), то потенциальная энергия заряда увеличивается;

— если работа поля равна нулю (например, сила перпендикулярна перемещению), то потенциальная энергия заряда не изменяется.

2. На рисунке 53.3 изображены линии напряжённости электростатического поля и отмечено несколько точек. В начальный момент положительный заряд находится в точке А.

Рис. 53.3

При перемещении заряда в какие из отмеченных точек его потенциальная энергия:

а) уменьшается;

б) увеличивается;

в) остаётся неизменной?

г) Как изменяется потенциальная энергия отрицательного заряда при перемещении его из точки А в точку: В; С; D; Е; F; G; Н; К?

Работа поля и потенциальная энергия заряда в электростатическом поле пропорциональны величине заряда (так как сила, действующая на заряд, пропорциональна величине заряда). Отсюда следует, что отношение потенциальной энергии заряда в электростатическом поле к величине заряда не зависит от заряда и поэтому характеризует само поле.

Отношение потенциальной энергии заряда в данной точке поля к величине этого заряда называют потенциалом электростатического поля φ в этой точке:

потенциал

Окончание >>>