В физике разность потенциалов: разность потенциалов в электротехнике и физике

разность потенциалов в электротехнике и физике

В физике часто используется понятие потенциалов. Каждый, кто работает с электроникой или домашними электрическими сетями, должен представлять себе, потенциал что такое, как проводится его измерение, и какое влияние он оказывает на окружающие тела.

Разность потенциалов

Понятие потенциала в физике

Что такое потенциал в физике? Это понятие очень часто применяется для описания качеств сил и полей самой разной природы. Скалярная функция, характеризующая некоторую величину, представляющуюся вектором, – вот что это потенциал. Гравитационный потенциал описывает соответствующее поле. В термодинамике это понятие применяется для системной внутренней энергии, в механике – для той или иной приложенной к предмету силы.

Электрика, прежде всего, интересует, что такое потенциал в электричестве. Из общего определения нетрудно вывести, что характеристика электрополя – это электрический потенциал. В своей статической форме электрический потенциал показывает потенциальную энергию одиночного «плюсового» заряда, помещаемого в данное место электрополя, и является одной из разновидностей электромагнитного потенциала. Вторая его форма – векторная (в отличие от скалярной), описывает магнитное поле.

Важно! Характеристика поля, описывающая зависимость работы при передвижении исключительно от исходной точки и места назначения, – это потенциальность поля. Траектория перемещения в этом случае на работу не влияет.

Разность потенциалов (напряжение)

Напряжение является одним из важнейших терминов в электрике, оно описывается как работа, совершаемая электрополем с целью перемещения некоторого заряда из одной точки в другую. По аналогии с гравитацией, заряд при помещении в зону действия поля обладает потенциалом, который можно сравнить с соответствующим видом энергии у тела. Величина электрического потенциала прямо пропорциональна степени полевой напряженности и величине самого заряда.

Встает вопрос: потенциал в чем измеряется? Правильнее будет сказать, в чем обычно измеряется разность потенциалов, так как работники электротехники имеют дело именно с этой величиной в форме напряжения. Для самого потенциала специальной измерительной единицы не существует. В СИ принято измерять разность в вольтах (В). Она равна одному вольту в том случае, если для транспортировки заряда в один кулон из одной точки электрополя в другую потребуется совершить работу в один джоуль.

Важно! Измерить напряжение можно с помощью специального устройства – вольтметра. Стрелочная разновидность прибора, использующаяся на школьных уроках физики, оснащена градуированной шкалой, базирующейся на угле отклонения проволочной рамки, по которой проходит электроток. Помимо него, существуют и приборы с цифровым дисплеем, а также мультиметры, способные работать в нескольких режимах и измеряющие разные величины, описывающие электроцепь. Для измерения важно правильно подключить щупы.

Измерить напряжение поможет вольтметр

Примеры формул для вычисления напряжения

Измерить напряжение можно, воспользовавшись такой формулой:

U=A/q (U, A и q – величина напряжения, переносящая работа электрополя и заряд, соответственно).

Выразив работу (A=q*U), можно понять, что, чем больше напряженность, тем большую работу потребуется совершить электрополю, чтобы перенести Q. Такие преобразования помогают усвоить, почему важно, чтобы источник питания был мощным. Чем больше потенциальная разница между его клеммами, тем больший объем работы он способен обеспечивать.

Чтобы определить напряжение на участке электрической цепи, используется следующее выражение:

U=I*R.

Здесь I – сила протекающего по проводнику электротока, R – сопротивление фрагмента цепи. Для последовательно и параллельно соединенных проводниковых элементов также существуют свои законы, согласно которым рассчитываются напряжение, токовая сила и сопротивление для каждой из веток.

Для чего нужен потенциометр электрику

Данный прибор широко применяется в практике для модуляции напряжения. Дело в том, что у многих источников (особенно заточенных под автономное функционирование: аккумуляторные элементы, солнечные батареи и т. д.) константное напряжение, не поддающееся управлению без специальных устройств, что может вызвать проблемы. Чтобы уменьшить исходное напряжение такого элемента, используют устройства-делители, снабженные потенциометрами.

Потенциометр-реостат

Как работает потенциометр? Он представляет собой резистор, имеющий пару выводов и подвижный ползунок с еще одним выводом. Подключаться такое переменное устройство сопротивления может двумя способами:

1. По типу реостата, с использованием ползункового вывода и одного из пары других. Сопротивление замеряется движением ползунка по корпусу резистора. Регуляция цепного электротока в таком случае возможна при последовательном подключении такого реостата и источника напряжения.
2. Потенциометрическим методом, задействующим каждый вывод из имеющейся у прибора тройки. Два главных вывода включаются параллельно источнику, снятие сниженного напряжения реализуется с ползункового механизма и одного вывода. В этом случае через резисторное устройство течет электроток, создающий спад напряжения между ползунком и боковыми выводами. В такой модели на источник питания ложится большая нагрузка, так как для точности регуляции и отсутствия сбоев необходимо, чтобы резисторное сопротивление в несколько раз уступало нагрузочному.

Потенциометрическое подключение прибора

Таким образом, понятие потенциала используется в разных областях физики: как в механике, так и в изучении электричества. В последнем случае оно выступает в качестве характеристики поля. Непосредственно рассматриваемая величина измерению не поддается, зато можно измерить разность, тогда один заряд берется за точку отсчета.

Видео

Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов»

Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов»

Подробности

Просмотров: 479

«Физика — 10 класс»

При решении задач надо учитывать, что работа сил, действующих на заряд со стороны поля, выражается через разность потенциальных энергий или разность потенциалов (см. формулу (14.20)). Потенциал однородного поля определяется формулой (14.16), при этом надо всегда указывать, как выбран нулевой уровень потенциала.

Часто при решении задач надо учитывать, что все точки проводника в электростатическом поле имеют один и тот же потенциал, а напряжённость поля внутри проводника равна нулю.

Задача 1.

Определите значение напряжённости и потенциала поля в точке А, находящейся на расстоянии l = 20 см от поверхности заряженной проводящей сферы радиусом R = 10 см, если потенциал сферы φ₀ = 240 В.

Р е ш е н и е.

Напряжённость поля сферы в точке А

где q₀ — заряд сферы. Потенциал сферы и потенциал поля в точке А равны соответственно

Выражая из формулы (2) заряд сферы q₀ и подставляя полученное выражение в формулы (1) и (3), получаем для напряжённости Ел и потенциала Фл следующие выражения:

Е_A = φ₀R/(R + l)² ≈ 267 Н/Кл, φ_A = φ₀R/(R + l) = 80 В.

Задача 2.

Какую работу А необходимо совершить, чтобы перенести заряд q = 3 • 10^-8 Кл из бесконечности в точку, находящуюся на расстоянии l = 90 см от поверхности сферы радиусом R = 10 см, если поверхностная плотность заряда сферы σ = 2 • 10^-6 Кл/м²?

Р е ш е н и е.

Работа, совершаемая при перенесении заряда q из бесконечности в точку 1 (рис. 14.35), равна увеличению потенциальной энергии заряда:

A = ΔWп = W_п1 — W_∞.

Так как площадь поверхности сферы равна 4πR², то заряд сферы равен 4πR²σ. Тогда потенциал поля в точке 1

Задача 3.

К закреплённому заряженному шарику зарядом +q движется протон. На расстоянии r = r₁ скорость протона υ₁. Определите, на какое минимальное расстояние приблизится протон к шарику.

Р е ш е н и е.

Энергия протона на расстоянии r₁ равна сумме его потенциальной и кинетической энергий: на расстоянии r_min (протон останавливается) — только потенциальной энергии:

Кулоновская сила — консервативная, следовательно, можно записать закон сохранения энергии:

Задача 4.

В центр незаряженной металлической сферической оболочки с внутренним радиусом R₁ и внешним радиусом R₂ помещают заряд q (рис. 14.36, а). Определите напряжённость и потенциал поля как функции расстояния от центра сферы.

Р е ш е н и е.

Если заряд находится в центре, на внутренней поверхности металлической оболочки индуцируется заряд противоположного знака, а на внешней — того же знака, что и заряд q. При этом сумма индуцированных зарядов равна нулю (закон сохранения заряда).

Силовые линии поля начинаются на заряде q и заканчиваются на внутренней поверхности оболочки, а затем опять начинаются на внешней поверхности оболочки. Напряжённость электрического поля внутри проводника равна нулю. Картина силовых линий поля данной системы аналогична картине силовых линий поля точечного заряда за исключением области, занимаемой оболочкой. Здесь силовые линии терпят разрыв.

На рисунке 14.36, б изображена зависимость напряжённости Е(r).

Согласно принципу суперпозиции потенциал любой точки поля складывается из потенциала поля заряда q, проводящей сферы радиусом R₁, с зарядом -q и проводящей сферы радиусом R₂ с зарядом +q.

На рисунке 14.36, в изображена зависимость потенциала φ(r).

Задача 5.

Металлический шарик радиусом R₁ = 20 см окружили тонкой сферической заряженной оболочкой, радиус которой R₂ = 40 см и заряд q = 2 • 10^-6 Кл (рис. 14.37). Определите потенциал оболочки и заряд шарика после того, как его заземлили.

Р е ш е н и е.

После заземления шарика в системе будет происходить перетекание заряда до тех пор, пока потенциал шарика не станет равным нулю.

Потенциал шарика где q_x — заряд шарика. Отсюда q_x = -qR₁/R₂ = -10^-6 Кл.

Запишем выражение для потенциала оболочки и подставим в него выражение для заряда q_x шарика:

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Электростатика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Что такое электродинамика —
Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд —
Закон Кулона. Единица электрического заряда —
Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» —
Близкодействие и действие на расстоянии —
Электрическое поле —
Напряжённость электрического поля. Силовые линии —
Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей —
Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» —
Проводники в электростатическом поле —
Диэлектрики в электростатическом поле —
Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле —
Потенциал электростатического поля и разность потенциалов —
Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности —
Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» —
Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор —
Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов —
Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности

Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности

Подробности

Просмотров: 301

«Физика — 10 класс»

Какие две характеристики электростатического поля вы уже знаете? Как они определяются?

Для чего электрическое поле изображают силовыми линиями?

Каждой точке электрического поля соответствуют определённые значения потенциала и напряжённости. Найдём связь напряжённости электрического поля с разностью потенциалов.

Пусть заряд q перемещается в направлении вектора напряжённости однородного электрического поля Е из точки 1 в точку 2, находящуюся на расстоянии Δd от точки 1 (рис. 14.33). Электрическое поле совершает работу

А = qEΔd.

Эту работу согласно формуле (14.19) можно выразить через разность потенциалов между точками 1 и 2:

А = g(φ₁ — φ₂) = -qΔφ = qU. (14.20)

Приравнивая выражения для работы, найдём модуль вектора напряжённости поля:

В этой формуле U — разность потенциалов между точками 1 и 2, лежащими на одной силовой линии поля (см. рис. 14.33).

Формула (14.21) показывает: чем меньше меняется потенциал на расстоянии Δd, тем меньше напряжённость электростатического поля. Если потенциал не меняется совсем, то напряжённость поля равна нулю.

Так как при перемещении положительного заряда в направлении вектора
напряжённости электростатическое поле совершает положительную работу

А = q(φ₁ — φ₂) > 0,

то потенциал φ₁ больше потенциала φ₂.

Напряжённость электрического поля направлена в сторону убывания потенциала.

Любое электростатическое поле в достаточно малой области пространства можно считать однородным.

Формула (14.21) справедлива для произвольного электростатического поля, если только расстояние Δd настолько мало, что изменением напряжённости поля на этом расстоянии можно пренебречь.

Сравним поле силы тяжести и однородное электростатическое поле.

Единица напряжённости электрического поля. Единицу напряжённости электрического поля в СИ устанавливают, используя формулу (14.21).

Напряжённость электрического поля численно равна единице, если разность потенциалов между двумя точками, лежащими на одной силовой линии, на расстоянии 1 м в однородном поле равна 1 В.

Единица напряжённости — вольт на метр (В/м).

Напряжённость, как мы уже знаем, можно также выражать в ньютонах на кулон. Действительно,

Эквипотенциальные поверхности.

При перемещении заряда под углом 90° к силовым линиям электрическое поле не совершает работу, так как электростатическая сила перпендикулярна перемещению. Значит, если провести поверхность, перпендикулярную в каждой её точке силовым линиям, то при перемещении заряда вдоль этой поверхности работа не совершается. А это означает, что все точки поверхности, перпендикулярной силовым линиям, имеют один и тот же потенциал.

Поверхности равного потенциала называют эквипотенциальными.

Эквипотенциальные поверхности однородного поля представляют собой плоскости (рис. 14.34, а), а поля точечного заряда — концентрические сферы (рис. 14.34, б).

Эквипотенциальные поверхности качественно характеризуют распределение поля в пространстве подобно тому, как линии уровня отражают рельеф поверхности на географических картах. Вектор напряжённости перпендикулярен эквипотенциальным поверхностям и направлен в сторону уменьшения потенциала.

Эквипотенциальные поверхности строятся обычно так, что разность потенциалов между двумя соседними поверхностями постоянна. Поэтому согласно формуле (14.21) расстояния между соседними эквипотенциальными поверхностями увеличиваются по мере удаления от точечного заряда, так как напряжённость поля уменьшается.

Эквипотенциальные поверхности однородного поля расположены на равных расстояниях друг от друга.

Эквипотенциальной является поверхность любого проводника в электростатическом поле. Ведь силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Причём не только поверхность, но и все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал. Напряжённость поля внутри проводника равна нулю, значит, равна нулю и разность потенциалов между любыми точками проводника.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Электростатика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Что такое электродинамика —
Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд —
Закон Кулона. Единица электрического заряда —
Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» —
Близкодействие и действие на расстоянии —
Электрическое поле —
Напряжённость электрического поля. Силовые линии —
Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей —
Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» —
Проводники в электростатическом поле —
Диэлектрики в электростатическом поле —
Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле —
Потенциал электростатического поля и разность потенциалов —
Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов. Эквипотенциальные поверхности —
Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» —
Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор —
Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов —
Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

Контактная разность потенциалов — Студопедия

Если два различных металла привести в соприкосновение, то между ними возникает разность потенциалов, называемая контактной разностью потенциалов. Итальянский физик Вольта (1745-1827) установил, что если металлы Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd привести в контакт в указанной последовательности, то каждый предыдущий при соприкосновении с одним из следующих зарядится положительно. Этот ряд называется рядом Вольта. Вольта экспериментально установил два закона:

1). Контактная разность потенциалов зависит лишь от химического состава и температуры соприкасающихся металлов.

2). Контактная разность потенциалов последовательно соединенных различных проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников и равна контактной разности потенциалов, возникающей при непосредственном соединении крайних проводников.

Эти законы можно объяснить на основе классической электронной теории проводников.

Электроны, оказавшиеся у поверхности раздела металлов, легче переходят из металла, где работа выхода меньше, в металл, где работа выхода больше, .

Схема энергетических уровней металлов до соединения (а) и после соединения (б).

Металл 1 заряжен положительно, металл 2 – отрицательно. Возникает контактная разность потенциалов. Переход электронов будет происходить до тех пор пока работа по перемещению электрона за счет контактной разности потенциалов не станет равной разности работ выхода.

(1)

Разность потенциалов, возникающая за счет разных работ выхода, называется внешней контактной разностью потенциалов. Кроме внешней контактной разности потенциалов существует внутренняя разность потенциалов за счет разных концентраций свободных электронов в контактирующих металлах ,.и . зависит от температуры. Как правило

,

(2)

может действовать как в одном, так и в другом направлении.

(3)

Формула (3) – математическое выражение первого закона Вольта. Для доказательства второго закона приведем в соприкосновение три проводника. Разность потенциалов между концами разомкнутой цепи равна алгебраической сумме скачков потенциалов во всех контактах

.

Пользуясь формулой (3), получим

=

,

То есть — не зависит от промежуточных проводников.

Если из рассмотренных металлов составить замкнутую цепь, то — равна алгебраической

сумме всех скачков потенциалов при обходе цепи.

.

При образовании замкнутой цепи из нескольких разнородных проводников при одинаковой Т, невозможно возникновение э.д.с. только за счет скачка потенциалов.

Потенциал электрического поля

Потенциал. Эквипотенциальные поверхности.

В механике взаимодействие тел характеризует силой или потенциальной энергией. Электрическое поле, которое обеспечивает взаимодействие между электрически заряженными телами, также характеризуют двумя величинами. Напряженность электрического поля — это силовая характеристика. Теперь введем энергетическую характеристику — потенциал. С помощью этой величины можно будет сравнивать между собой любые точки электрического поля. Таким образом, потенциал как характеристика поля должен зависеть от значения заряда, содержащегося в этих точках. Поделим обе части формулы A = W₁ — W₂ на заряд q, получим

Отношение W/q не зависит от значения заряда и принимается за энергетическую характеристику, которую называют потенциалом поля в данной точке. Обозначают потенциал буквой φ.

Потенциал электрического поля φ — скалярная энергетическая характеристика поля, которая определяется отношением потенциальной энергии W положительного заряда q в данной точке поля к величине этого заряда:

Единица потенциала — вольт:

Подобно потенциальной энергии значения потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала. Чаще всего в электродинамике за нулевой уровень берут потенциал точки, лежащей в бесконечности, а в электротехнике — на поверхности Земли.

С введением потенциала формулу для определения работы по перемещению заряда между точками 1 и 2 можно записать в виде

Поскольку при перемещении положительного заряда в направлении вектора напряженности электрическое поле выполняет положительную работу A = q (φ₁ — φ₂ )> 0, то потенциал φ₁ больше чем потенциал φ₂ . Таким образом, напряженность электрического поля направлена в сторону уменьшения потенциала.

Если заряд перемещать с определенной точки поля в бесконечность, то работа A = q (φ — φ_∞ ). Поскольку φ_∞ = 0, то A = qφ. Таким образом, величина потенциала φ определенной точки поля определяется работой, которую выполняет электрическое поле, перемещая единичный положительный заряд из этой точки в бесконечность,

Если электрическое поле создается точечным зарядом q, то в точке, лежащей на расстоянии r от него, потенциал вычисляют по формуле

По этой формуле рассчитывают и потенциал поля заряженного шара. В таком случае r — это расстояние от центра шара до выбранной точки поля. С этой формулы видно, что на одинаковых расстояниях от точечного заряда, который создает поле, потенциал одинаков. Все эти точки лежат на поверхности сферы, описанной радиусом r вокруг точечного заряда. Такую сферу называют эквипотенциальной поверхностью.

Эквипотенциальные поверхности — геометрическое место точек в электрическом поле, которые имеют одинаковый потенциал, — один из методов наглядного изображения электрических полей.

Эквипотенциальные поверхности электрических полей, созданных точечными зарядами разных знаков

Силовые линии всегда перпендикулярны эквипотенциальных поверхностей. Это означает, что работа сил поля по перемещению заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю.

В случае наложения электрических полей, созданных несколькими зарядами, потенциал электрического поля равен алгебраической сумме потенциалов полей, созданных отдельными зарядами, φ = φ₁ + φ₂ + φ₃ . Эквипотенциальные поверхности таких систем имеют сложную форму. Например, для системы из двух одинаковых по значению одноименных зарядов эквипотенциальные поверхности имеют вид, изображенный на рисунке. Эквипотенциальные поверхности однородного поля явлются плоскостями.

Эквипотенциальные поверхности: а — поля двух одинаковых зарядов б — однородного поля

Разность потенциалов

Практическое значение имеет не сам потенциал в точке, а изменение (разница) потенциала φ₁ — φ₂ , которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала. Разность потенциалов φ₁ — φ₂ еще называют напряжением и обозначают латинской буквой U. Тогда формула для работы по перемещению заряда приобретает вид

Напряжение U — это физическая величина, определяемая работой электрического поля по перемещению единичного положительного заряда между двумя точками поля,

Единица разности потенциалов (напряжения), как и потенциала, — вольт,

Поскольку работа сил поля по перемещению заряда зависит только от разности потенциалов, то в случае перемещения заряда с первой эквипотенциальной поверхности на другую (потенциалы которых соответственно φ₁ и φ₂ ) выполненная полем работа не зависит от траектории этого движения.

Связь напряженности электрического поля с напряжением

Из формул A = Eqd и A = qU можно установить связь между напряженностью и напряжением электрического поля: Ed = U. С этой формулы следует:

• чем меньше меняется потенциал на расстоянии d, тем меньше есть напряженность электрического поля;
• если потенциал не меняется, то напряженность равна нулю;
• напряженность электрического поля направлена ​​в сторону уменьшения потенциала.

Поскольку

то именно из этой формулы и выводится еще одна единица напряженности — вольт на метр,

12 Разность потенциалов

Разностью
потенциалов
между
точками 1 и 2 называется работа, совершаемая
силами поля при перемещении единичного
положительного заряда по произвольному
пути из точки 1 в точку 2. для потенциальных
полей эта работа не зависит от формы
пути, а определяется только положениями
начальной и конечной точек

потенциал
определен с точностью до аддитивной
постоянной. Работа сил электростатического
поля при перемещении заряда q по
произвольному пути из начальной точки
1 в конечную точку 2 определяется
выражением

Практической
единицей потенциала является вольт.
Вольт есть разность потенциалов между
такими точками, когда при перемещении
одного кулона электричества из одной
точки в другую электрическое поле
совершает работу в один джоуль.

1
и 2 —
бесконечно близкие точки, расположенные
на оси х, так что Х2 —
х1 = dx.

Работа
при перемещении единицы заряда из точки
1 в точку 2 будет Ех dx. Та же работа равна
.
Приравнивая оба выражения, получим

—
градиент скаляра

Градиент
функцииесть вектор, направленный в сторону
максимального возрастания этой функции,
а его длина равна производной функциив том же направлении. Геометрический
смысл градиента–
эквипотенциальные поверхности (
поверхности равного потенциала)
поверхность, на которой потенциал
остается постоянным.

13 Потенциал зарядов

Потенциал
поля точечного заряда q в однородном
диэлектрике.
—
электрическое смещение точечного заряда
в однородном диэлектрикеD
–вектор
электрической индукции или электрического
смещения

В
качестве постоянной интегрирования
следует взять нуль, чтобы при
потенциал обратился в ноль, тогда

Потенциал
поля системы точечных зарядов в однородном
диэлектрике.

Используя
принцип суперпозии получаем:

Потенциал
непрерывно распределенных электрических
зарядов.

—
элементы объема и заряженных поверхностей
с центрами в точке

—
в случае если диэлектрик неоднороден,
то интегрирование надо распространить
и на поляризационные заряды. Включение
таких

зарядов
автоматически учитывает влияние среды,
и величину
вводить не надо

14 Электрическое поле в веществе

Электрическое
поле в веществе. Вещество, внесенное в
электрическое поле, может существенно
изменить его. Это связано с тем, что
вещество состоит из заряженных частиц.
В отсутствие внешнего поля частицы
распределяются внутри вещества так,
что создаваемое ими электрическое поле
в среднем по объемам, включающим большое
число атомов или молекул, равно нулю.
При наличии внешнего поля происходит
перераспределение заряженных частиц,
и в веществе возникает собственное
электрическое поле. Полное электрическое
поле складывается в соответствии с
принципом суперпозиции из внешнего
поля и внутреннего поля , создаваемого
заряженными частицами вещества. Вещество
многообразно по своим электрическим
свойствам. Наиболее широкие классы
вещества составляют проводники и
диэлектрики. Проводник — это тело или
материал, в котором электрические заряды
начинают перемещаться под действием
сколь угодно малой силы. Поэтому эти
заряды называют свободными. В металлах
свободными зарядами являются электроны,
в растворах и расплавах солей (кислот
и щелочей) — ионы. Диэлектрик — это тело
или материал, в котором под действием
сколь угодно больших сил заряды смещаются
лишь на малое, не превышающее размеров
атома расстояние относительно своего
положения равновесия. Такие заряды
называются связанными. Свободные и
связанные заряды. СВОБОДНЫЕ ЗАРЯДЫ 1)
избыточные электрич. заряды, сообщённые
проводящему или непроводящему телу и
вызывающие нарушение его электронейтральности.
2) Электрич. заряды носителей тока. 3)
положит. электрич. заряды атомных
остатков в металлах. СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ
Электрич. заряды частиц, входящих в
состав атомов и молекул диэлектрика, а
также заряды ионов в кристаллич.
диэлектриках с ионной решёткой.

Возможная разница — видео по физике от Brightstorm

• Начать бесплатную пробную версию

• Кто мы
  А
• Бесплатное видео
• Лучшие учителя
• Охватываемые темы
• Членство
  • Личный
  • Учитель
  • Школа

• Обзор тем

  • • Математика
    • Предалгебра
    • Алгебра
    • Геометрия
    • Алгебра 2
    • Тригонометрия
    • Precalculus
    • Исчисление
  • • Наука
    • Биология
    • Химия
    • Физика
  • • Английский
    • Грамматика
    • Письмо
    • Литература
  • • Подготовка к экзаменам
    • ACT
    • Красная книга АКТ
    • AP US Gov
    • AP История США
    • AP Biology
    • AP Calculus AB
    • Старый SAT
    • Старый PSAT
  • • Колледж
    • Стань лучше
      Оценки
    • Колледж
      Приложение
    • Колледж
      Эссе
    • Финансовый
      Помощь
• По учебнику

• Войти

• Около
  • Кто
    Мы
    А
  • Бесплатное видео
  • Лучшие учителя
  • Охватываемые темы
  • Членство
    • Личный
    • Учитель
    • Школа
• Математика
  • Предалгебра
  • Алгебра
  • Геометрия
  • Алгебра 2
  • Тригонометрия
  • Precalculus
  • Исчисление
• Наука
  • Биология
  • Химия
  • Физика
• английский
  • Грамматика
  • Письмо
  • Литература
• Подготовка к тесту
  • СБ
  • ACT
  • Красная книга АКТ
  • PSAT
  • AP US Gov
  • AP История США

Физика в колледже: электрическая потенциальная энергия: разница потенциалов

Когда свободный положительный заряд q size 12 {q} {} ускоряется электрическим полем, как показано на [ссылка], ему придается кинетическая энергия.Процесс аналогичен ускорению объекта гравитационным полем. Это как если бы заряд спускался по электрическому холму, где его электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую. Давайте исследуем работу, совершаемую электрическим полем над зарядом q размером 12 {q} {} в этом процессе, чтобы мы могли разработать определение электрической потенциальной энергии.

Заряд, ускоренный электрическим полем, аналогичен массе, спускающейся с холма. В обоих случаях потенциальная энергия преобразуется в другую форму.Работа совершается силой, но поскольку эта сила консервативна, мы можем записать W = –ΔPE size 12 {W = -? «PE»} {}.

Электростатическая или кулоновская сила консервативна, это означает, что работа, выполняемая на q размер 12 {q} {} , не зависит от пройденного пути. Это в точности аналогично силе гравитации в отсутствие диссипативных сил, таких как трение. Когда сила консервативна, можно определить потенциальную энергию, связанную с силой, и обычно легче иметь дело с потенциальной энергией (потому что она зависит только от положения), чем вычислять работу напрямую.

Мы используем буквы PE для обозначения электрической потенциальной энергии, которая измеряется в джоулях (Дж). Изменение потенциальной энергии ΔPE размер 12 {? «PE»} {} имеет решающее значение, поскольку работа, выполняемая консервативной силой, является отрицательной по отношению к изменению потенциальной энергии; то есть W = –ΔPE размер 12 {W «= -«? «PE»} {}. Например, работа W, выполняемая для ускорения положительного заряда из состояния покоя, является положительной и является результатом потери PE или отрицательного ΔPE размером 12 {? «PE»} {}. Перед ΔPE размера 12 {? «PE»} {} должен стоять знак минус, чтобы W было положительным.PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и вычислив работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку.

Потенциальная энергия

W = –ΔPE размер 12 {W «= -«? «PE»} {}. Например, работа W, выполняемая для ускорения положительного заряда из состояния покоя, является положительной и является результатом потери PE или отрицательного ΔPE. Чтобы сделать W положительным, перед ΔPE должен стоять знак минус. PE можно найти в любой точке, взяв одну точку за точку отсчета и вычислив работу, необходимую для перемещения заряда в другую точку.

Гравитационная потенциальная энергия и электрическая потенциальная энергия совершенно аналогичны. Потенциальная энергия учитывает работу, выполняемую консервативной силой, и дает дополнительное понимание энергии и преобразования энергии без необходимости иметь дело с силой напрямую. Например, гораздо более распространено использование концепции напряжения (связанного с электрической потенциальной энергией), чем непосредственное рассмотрение кулоновской силы.

Непосредственный расчет работы обычно затруднен, поскольку W = Fdcosθ, а направление и величина F размером 12 {F} {} могут быть сложными для нескольких зарядов, для объектов нечетной формы и вдоль произвольных траекторий.Но мы знаем, что, поскольку F = qE размер 12 {F = ital «qE»} {}, работа и, следовательно, ΔPE пропорциональны испытательному заряду q. размер 12 {q} {} Чтобы получить физическую величину, не зависящую от испытательного заряда, мы определяем электрический потенциал V размером 12 {V} {} (или просто потенциал, поскольку подразумевается электрический) как потенциальную энергию на единицу заряда:

В = PEq. размер 12 {V = {{«PE»} больше {q}} «.» } {}

Электрический потенциал

Это электрическая потенциальная энергия на единицу заряда.

V = PEq размер 12 {V = {{«PE»} над {q}}} {}

Так как PE пропорционален q размеру 12 {q} {} , зависимость от q size 12 {q} {} отменяется. Таким образом, размер V 12 {V} {} не зависит от q размер 12 {q} {} . Изменение потенциальной энергии ΔPE размером 12 {? «PE»} {} имеет решающее значение, и поэтому мы обеспокоены разницей потенциалов или разностью потенциалов ΔV размером 12 {? V} {} между двумя точками, где

ΔV = VB −VA = ΔPEq. размер 12 {ΔV = V rSub {размер 8 {B}} — V rSub {размер 8 {A}} = {{Δ «PE»} над {q}} «.»} {}

Таким образом, разность потенциалов между точками A и B, VB – VA размер 12 {V rSub {размер 8 {B}} -V rSub {размер 8 {A}}} {}, определяется как изменение в потенциальной энергии заряда q размер 12 {q} {} , перемещенный из A в B, деленный на заряд. Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта.

1 В = 1

J

C

размер 12 {1 «V = 1» {{J} больше {C}}} {}

Потенциальная разница

Разница потенциалов между точками A и B, VB-VA размером 12 {V rSub {size 8 {B}} -V rSub {size 8 {A}}} {}, определяется как изменение потенциальной энергии заряд q перемещен из A в B, разделенный на заряд.Единицами разности потенциалов являются джоули на кулон, получившие название вольт (В) в честь Алессандро Вольта.

1 В = 1JC

Знакомый термин «напряжение» — это общее название разности потенциалов. Имейте в виду, что всякий раз, когда указывается напряжение, под ним понимается разность потенциалов между двумя точками. Например, каждая батарея имеет две клеммы, и ее напряжение — это разность потенциалов между ними. По сути, точка, которую вы выбираете равным нулю вольт, произвольна.Это аналогично тому факту, что гравитационная потенциальная энергия имеет произвольный ноль, например, уровень моря или, возможно, пол лекционного зала.

Таким образом, связь между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией задается формулами

ΔV = ΔPEq и ΔPE = qΔV. размер 12 {? V = {{? «PE»} над {q}} «и» D «PE =» q? V «.» } {}

разность потенциалов и электрическая потенциальная энергия

Отношение между разностью потенциалов (или напряжением) и электрической потенциальной энергией определяется формулами

ΔV = ΔPEq и ΔPE = qΔV.размер 12 {? V = {{? «PE»} над {q}} «и» D «PE =» q? V «.» } {}

Второе уравнение эквивалентно первому.

Напряжение — это не то же самое, что энергия. Напряжение — это энергия на единицу заряда. Таким образом, аккумулятор мотоцикла и автомобильный аккумулятор могут иметь одинаковое напряжение (точнее, одинаковую разность потенциалов между клеммами аккумулятора), но один хранит гораздо больше энергии, чем другой, поскольку ΔPE = qΔV. Автомобильный аккумулятор может заряжать больше, чем аккумулятор мотоцикла, хотя оба аккумулятора — 12 В.

Расчет энергии

Предположим, у вас есть мотоциклетный аккумулятор на 12,0 В, способный обеспечить заряд на 5000 C, и автомобильный аккумулятор на 12,0 В, способный обеспечить заряд на 60 000 C. Сколько энергии дает каждый? (Предположим, что числовое значение каждого заряда соответствует трем значащим цифрам.)

Стратегия

Сказать, что у нас батарея 12,0 В, означает, что ее клеммы имеют разность потенциалов 12,0 В. Когда такая батарея перемещает заряд, она пропускает заряд через разность потенциалов 12.0 В, а заряду дается изменение потенциальной энергии, равное ΔPE = qΔV.

Итак, чтобы найти выходную энергию, мы умножаем перемещенный заряд на разность потенциалов.

Решение

Для аккумулятора мотоцикла q = 5000 C и ΔV = 12,0 В. Общая энергия, отдаваемая аккумулятором мотоцикла, составляет

ΔPEcycle = 5000 C12,0 В = 5000 C12,0 Дж / C = 6,00 × 104 Дж.

Точно так же для автомобильного аккумулятора q = 60 000C, размер 12 {q = «60», «000» «C»} {} и

ΔPEcar = 60 000 C12.0 В = 7,20 × 105 Дж.

Обсуждение

Хотя напряжение и энергия связаны, это не одно и то же. Напряжения батарей идентичны, но энергия, подаваемая каждой из них, совершенно разная. Также обратите внимание, что когда аккумулятор разряжен, часть его энергии используется внутри, а напряжение на его клеммах падает, например, когда фары тускнеют из-за низкого заряда автомобильного аккумулятора. Энергия, подаваемая батареей, по-прежнему рассчитывается, как в этом примере, но не вся энергия доступна для внешнего использования.

Обратите внимание, что энергии, вычисленные в предыдущем примере, являются абсолютными значениями. Изменение потенциальной энергии для аккумулятора отрицательное, так как он теряет энергию. Эти батареи, как и многие другие электрические системы, действительно перемещают отрицательный заряд — в частности, электроны. Батареи отталкивают электроны от своих отрицательных выводов (A) через любую задействованную схему и притягивают их к своим положительным выводам (B), как показано в [ссылка]. Изменение потенциала составляет ΔV = VB – VA = + 12 В, а заряд q отрицательный, так что ΔPE = qΔV отрицателен, что означает, что потенциальная энергия батареи уменьшилась, когда q переместился из A в B.

Аккумулятор перемещает отрицательный заряд от отрицательного вывода через фару к положительному выводу. Соответствующие комбинации химических веществ в батарее разделяют заряды, так что отрицательный вывод имеет избыток отрицательного заряда, который отталкивается им и притягивается к избыточному положительному заряду на другом выводе. Что касается потенциала, положительный вывод находится под более высоким напряжением, чем отрицательный. Внутри аккумулятора движутся как положительные, так и отрицательные заряды.

Сколько электронов проходит через фару каждую секунду?

Когда 12.Автомобильный аккумулятор 0 В работает от одной фары мощностью 30,0 Вт, сколько электронов проходит через нее каждую секунду?

Стратегия

Чтобы определить количество электронов, мы должны сначала найти заряд, который переместился за 1,00 с. Перемещаемый заряд связан с напряжением и энергией через уравнение ΔPE = qΔV. Лампа мощностью 30,0 Вт потребляет 30,0 джоулей в секунду. Поскольку батарея теряет энергию, мы имеем
ΔPE = –30,0 Дж, и, поскольку электроны переходят от отрицательного вывода к положительному, мы видим, что
ΔV = + 12.0 В.

Решение

Чтобы найти перемещенный заряд q размером 12 {q} {} , мы решаем уравнение ΔPE = qΔV:

q = ΔPEΔV.

Вводя значения для ΔPE размера 12 {? «PE»} {} и ΔV, получаем

q = –30,0 Дж + 12,0 В = –30,0 Дж + 12,0 Дж / C = –2,50 C.

Число электронов ne размер 12 {n rSub {size 8 {e}}} {} — это общий заряд, деленный на заряд одного электрона. То есть

ne = –2,50 C – 1,60 × 10–19C / e– = 1,56 × 1019 электронов.

Обсуждение

Это очень большое число. Неудивительно, что мы обычно не наблюдаем отдельных электронов, так много которых присутствует в обычных системах. Фактически, электричество использовалось в течение многих десятилетий, прежде чем было установлено, что движущиеся заряды во многих обстоятельствах были отрицательными. Положительный заряд, движущийся в направлении, противоположном отрицательному, часто производит идентичные эффекты; это затрудняет определение того, что движется или оба движутся.

Энергия, приходящаяся на один электрон, очень мала в макроскопических ситуациях, подобных тому, что было в предыдущем примере — крошечная доля джоуля. Но в субмикроскопическом масштабе такая энергия, приходящаяся на частицу (электрон, протон или ион), может иметь большое значение. Например, даже крошечной доли джоуля может быть достаточно, чтобы эти частицы разрушили органические молекулы и повредили живые ткани. Частица может нанести ущерб при прямом столкновении или может создать вредные рентгеновские лучи, которые также могут нанести ущерб.Полезно иметь единицу энергии, относящуюся к субмикроскопическим эффектам. [ссылка] показывает ситуацию, связанную с определением такой единицы энергии. Электрон ускоряется между двумя заряженными металлическими пластинами, как это могло бы быть в телевизионной лампе или осциллографе старой модели. Электрону придается кинетическая энергия, которая позже преобразуется в другую форму — например, в свет в телевизионной трубке. (Обратите внимание, что спуск для электрона означает подъем для положительного заряда.) Поскольку энергия связана с напряжением соотношением ΔPE = qΔV, мы можем рассматривать джоуль как кулон-вольт.

Типичная электронная пушка ускоряет электроны, используя разность потенциалов между двумя металлическими пластинами. Энергия электрона в электрон-вольтах численно равна напряжению между пластинами. Например, разность потенциалов 5000 В производит электроны 5000 эВ.

В субмикроскопическом масштабе удобнее определить единицу энергии, называемую электрон-вольт (эВ), которая представляет собой энергию, передаваемую фундаментальному заряду, ускоренному через разность потенциалов в 1 В.В форме уравнения,

1 эВ = 1.60 × 10–19 C1 V = 1.60 × 10–19C1 Дж / Кл = 1.60 × 10–19 Дж.

Электрон-вольт

В субмикроскопическом масштабе удобнее определять единицу энергии, называемую электрон-вольт (эВ), которая представляет собой энергию, передаваемую фундаментальному заряду, ускоренному через разность потенциалов 1 В . В форме уравнения

1 эВ = 1,60 × 10–19 C1 V = 1,60 × 10–19C1 Дж / Кл = 1,60 × 10–19 Дж.

Электрону, ускоренному через разность потенциалов 1 В, дается энергия 1 эВ.Отсюда следует, что электрону, ускоренному до 50 В, дается 50 эВ. Разность потенциалов 100 000 В (100 кВ) даст электрону энергию 100 000 эВ (100 кэВ) и так далее. Аналогичным образом ион с двойным положительным зарядом, ускоренный до 100 В, получит энергию 200 эВ. Эти простые соотношения между ускоряющим напряжением и зарядами частиц делают электрон-вольт простой и удобной единицей энергии в таких обстоятельствах.

Соединения: блоки энергии

Электрон-вольт (эВ) — наиболее распространенная единица измерения энергии для субмикроскопических процессов.Особенно это будет заметно в главах, посвященных современной физике. Энергия настолько важна для стольких предметов, что существует тенденция определять специальные единицы энергии для каждой основной темы. Например, калории для получения энергии из пищи, киловатт-часы для электроэнергии и термы для энергии природного газа.

Электрон-вольт обычно используется в субмикроскопических процессах — химическая валентная энергия, молекулярная и ядерная энергия связи входят в число величин, часто выражаемых в электрон-вольтах.Например, для разрушения некоторых органических молекул требуется около 5 эВ энергии. Если протон ускоряется из состояния покоя через разность потенциалов 30 кВ, ему дается энергия 30 кэВ (30 000 эВ), и он может разбить до 6000 этих молекул (30 000 эВ ÷ 5 эВ на молекулу = 6000 молекул. ). Энергия ядерного распада составляет порядка 1 МэВ (1000000 эВ) на событие и, таким образом, может нанести значительный биологический ущерб.

Полная энергия системы сохраняется, если нет чистого добавления (или вычитания) работы или теплопередачи.Для консервативных сил, таких как электростатическая сила, закон сохранения энергии утверждает, что механическая энергия постоянна.

Механическая энергия — это сумма кинетической энергии и потенциальной энергии системы; то есть KE + PE = постоянный размер 12 {«KE» + «PE = constant»} {}. Потеря ПЭ заряженной частицы становится увеличением ее КЭ. Здесь PE — электрическая потенциальная энергия. Сохранение энергии выражается в форме уравнения как

KE + PE = постоянный размер 12 {«KE» + «PE = постоянный»} {}

или

KEi + PE i = KEf + PEf, размер 12 {«KE» rSub {размер 8 {i}} + «PE» rSub {размер 8 {i}} «= KE» rSub {размер 8 {f}} + «PE «rSub {size 8 {f}},} {}

, где i и f обозначают начальные и конечные условия.Как мы уже много раз выясняли, учет энергии может дать нам понимание и облегчить решение проблем.

Электрическая потенциальная энергия, преобразованная в кинетическую энергию

Вычислите конечную скорость свободного электрона, ускоренного из состояния покоя через разность потенциалов 100 В. (Предположим, что это числовое значение имеет точность до трех значащих цифр.)

Стратегия

У нас есть система, в которой действуют только консервативные силы. Предполагая, что электрон ускоряется в вакууме, и пренебрегая гравитационной силой (мы проверим это предположение позже), вся электрическая потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.Мы можем идентифицировать начальную и конечную формы энергии как KEi = 0, KEf = ½mv2, PEi = qV и PEf = 0.

Решение

Сохранение энергии утверждает, что

KEi + PEi = KEf + PEf.

Вводя указанные выше формы, получаем

qV = mv22. size 12 {ital «qV» = {size 8 {1}} wideslash {size 8 {2}} ital «mv» rSup {size 8 {2}} «.» } {}

Мы решаем это для размера v 12 {v} {} :

v = 2qVm. размер 12 {v = sqrt {{{2 ital «qV»} на {m}}} «.»} {}

Ввод значений для q, V и m размера 12 {q, V» и «m} {} дает

v = 2–1,60 × 10–19 C – 100 Дж / C 9,11 × 10 –31 кг = 5,93 × 106 м / с.

Обсуждение

Обратите внимание, что и заряд, и начальное напряжение отрицательны, как в [ссылка]. Из обсуждений в «Электрический заряд и электрическое поле» мы знаем, что электростатические силы, действующие на мелкие частицы, обычно очень велики по сравнению с силой тяжести. Большая конечная скорость подтверждает, что гравитационная сила здесь действительно незначительна.Большая скорость также указывает на то, насколько легко ускорить электроны малым напряжением из-за их очень малой массы. В электронных пушках обычно используются напряжения, намного превышающие 100 В. Эти более высокие напряжения вызывают настолько большие скорости электронов, что необходимо учитывать релятивистские эффекты. Вот почему в этом примере рассматривается (точно) низкое напряжение.

Напряжение — это обычное слово для обозначения разности потенциалов. Какой термин более описательный: напряжение или разность потенциалов?

Если напряжение между двумя точками равно нулю, можно ли переместить тестовый заряд между ними при нулевой работе сети? Обязательно ли это делать без применения силы? Объясни.

Какая связь между напряжением и энергией? Точнее, какова связь между разностью потенциалов и электрической потенциальной энергией?

Напряжение всегда измеряется между двумя точками. Зачем?

Как связаны единицы вольт и электронвольт? Чем они отличаются?

Найдите отношение скоростей электрона и отрицательного иона водорода (тот, у которого есть дополнительный электрон), ускоренных одним и тем же напряжением, принимая нерелятивистские конечные скорости.Примем массу иона водорода 1,67 · 10–27 кг. размер 12 {1 «.» «67» × «10» rSup {размер 8 {- «27»}} «кг» «.» } {}

В вакуумной трубке используется ускоряющее напряжение 40 кВ для ускорения электронов, ударов по медной пластине и получения рентгеновских лучей. С нерелятивистской точки зрения, какова максимальная скорость этих электронов?

Голое ядро ​​гелия имеет два положительных заряда и массу 6,64 × 10–27 кг. размер 12 {6 «.» «64» × «10» rSup {размер 8 {- «27»}} «кг» «.» } {} (а) Вычислите его кинетическую энергию в джоулях при 2.00% скорости света. (б) Что это в электрон-вольтах? (c) Какое напряжение потребуется для получения этой энергии?

Интегрированные концепции

Однозарядные ионы газа ускоряются из состояния покоя за счет напряжения 13,0 В. При какой температуре средняя кинетическая энергия молекул газа будет такой же, как у этих ионов?

1,00 × 105 K размер 12 {1 «.» «00» × «10» rSup {размер 8 {5}} «K»} {}

Интегрированные концепции

Считается, что температура около центра Солнца составляет 15 миллионов градусов Цельсия 1.5 × 107 ° C размер 12 {слева (3 «.» 0 × «10» rSup {размер 8 {7}} ° C справа)} {}. Через какое напряжение должен быть ускорен однозарядный ион, чтобы он имел такую ​​же энергию, как средняя кинетическая энергия ионов при этой температуре?

Integrated Concepts

(a) Какова средняя выходная мощность дефибриллятора сердца, который рассеивает 400 Дж энергии за 10,0 мс? (б) Учитывая высокую выходную мощность, почему дефибриллятор не вызывает серьезных ожогов?

(a) 4 × 104 Вт, размер 12 {4 × «10» rSup {размер 8 {4}} «W»} {}

(b) Дефибриллятор не вызывает серьезных ожогов, потому что кожа хорошо проводит электричество при высоких напряжения, подобные тем, которые используются в дефибрилляторах.Используемый гель способствует передаче энергии телу, а кожа не поглощает энергию, а пропускает ее к сердцу.

Integrated Concepts

Молния ударяет по дереву, перемещая 20,0 C заряда через разность потенциалов 1,00 × 102 мВ. а) Какая энергия была рассеяна? б) Какую массу воды можно было поднять с 15 ° C до точки кипения, а затем с помощью этой энергии вскипятить? (c) Обсудите ущерб, который может быть нанесен дереву из-за расширения кипящего пара.

Integrated Concepts

Подогреватель бутылочек на 12,0 В нагревает 50,0 г стекла, 2,50 × 102 г детской смеси и 2,00 × 102 г алюминия с 20,0 ° C до 90,0 ° C размер 12 {«90» «.» 0 ° C} {}. (а) Насколько заряжен аккумулятор? (б) Сколько электронов течет в секунду, если на нагрев формулы требуется 5,00 мин? (Подсказка: предположите, что удельная теплоемкость детской смеси примерно такая же, как удельная теплоемкость воды.)

(a) 7,40 × 103 C, размер 12 {7 «.»» 40 «×» 10 «rSup {размер 8 {3}}» C «} {}

(b) 1,54 × 1020 электронов в секунду размер 12 {1″. «» 54 «×» 10 «rSup {size 8 {«20»}} «электронов»} {}

Integrated Concepts

В автомобиле с батарейным питанием используется система напряжением 12,0 В. Найдите заряд, с которым батареи должны двигаться, чтобы разогнать 750-килограммовый автомобиль из состояния покоя до 25,0 м / с, заставить его подняться на холм высотой 2,00 × 102 м, а затем заставить его двигаться с постоянной скоростью 25,0 м / с. приложение силы 5,00 × 102 Н в течение часа.

Integrated Concepts

Вероятность слияния значительно увеличивается, когда соответствующие ядра сближаются, но взаимное кулоновское отталкивание необходимо преодолевать. Это можно сделать, используя кинетическую энергию ионов высокотемпературного газа или ускоряя ядра друг к другу. (а) Рассчитайте потенциальную энергию двух однозарядных ядер, разделенных расстоянием 1,00 × 10–12 м размером 12 {1 «». «00» × «10» rSup {size 8 {- «12»}} «m»} {} путем нахождения напряжения одного на таком расстоянии и умножения его на заряд другого.(б) При какой температуре атомы газа будут иметь среднюю кинетическую энергию, равную этой необходимой электрической потенциальной энергии?

Необоснованные результаты

(a) Найдите напряжение возле металлической сферы диаметром 10,0 см, на которой имеется 8,00 C избыточного положительного заряда. б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения ответственны?

(а) 1,44 × 1012 В

(б) Это напряжение очень высокое. Сфера диаметром 10,0 см никогда не сможет выдержать такое напряжение; это разрядило бы.

(c) Заряд 8,00 C — это больше заряда, чем можно разумно накопить на сфере такого размера.

Создайте свою проблему

Рассмотрим аккумулятор, используемый для подачи энергии в сотовый телефон. Постройте задачу, в которой вы определяете энергию, которая должна быть предоставлена ​​батареей, а затем вычисляете количество заряда, которое она должна перемещать, чтобы обеспечить эту энергию. Среди прочего следует учитывать потребность в энергии и напряжение батареи.Возможно, вам придется заглянуть в будущее, чтобы интерпретировать номинальные характеристики батареи в ампер-часах производителя как энергию в джоулях.

16. Физика | Электрический потенциал | Возможная разница между двумя пунктами в плане урока по электрическому полю

Clip позволяет очень легко превратить любое общедоступное видео в форматирующее мероприятие по оценке
ваш класс.

Добавляйте викторины, вопросы и просматривайте сотни одобренных видеоуроков.
идеи для
Клип

Сделайте YouTube одним из своих учебных пособий — отлично сочетается с микро-обучением на уроках
планы

Играть в это мероприятие

1.Студенты вводят простой код

2. Вы воспроизводите видео

3. Комментарий студентов

4.Вы просматриваете и отражаете

* Доска требуется для занятий с учителем

.