พลังงานศักย์ไฟฟ้า
| English | ไทย |
|---|---|
| work/wɜːk/ | งาน |
| electric potential energy/ɪˈlektrɪk pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | พลังงานศักย์ไฟฟ้า |
บีบประจุชนิดเดียวกันเข้าด้วยกันแล้วคุณกักเก็บพลังงานไว้
- ดันประจุชนิดเดียวกันเข้าใกล้กัน และสนามไฟฟ้าจะต้านทานคุณในทุกขั้นตอน
- งานที่คุณทำไม่ได้หายไป — มันถูก จัดเก็บ ไว้
- ปล่อยประจุออกและพลังงานที่จัดเก็บนั้นจะผลักให้它们在แยกออกจากกัน เพิ่มความเร็ว
- พลังงานที่จัดเก็บซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งเท่านั้นเรียกว่า พลังงานศักย์
พลังงานในการประกอบประจุ
- พลังงานศักย์ไฟฟ้า $U$ คืองานที่ใช้ในการนำประจุจากไกลออกไปมายังตำแหน่งนี้
- สำหรับประจุจุดสองตัว: $U = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r}$
- หมายเหตุว่านี่คือ $1/r$, ไม่ใช่ $1/r^2$ — พลังงาน ไม่ใช่ แรง
- $U$ เป็น สเกลาร์ (เป็นเพียงตัวเลขที่มีเครื่องหมายบวกหรือลบ) ดังนั้นจึงง่ายกว่าการคำนวณแรง
พลังงานศักย์ของประจุจุดสองตัวแปรผันตาม:
$U = kq_1q_2/r$ — พลังงานแปรผันตาม $1/r$ (แรงแปรผันตาม $1/r^2$).
หาค่า $U$ (หน่วย J) สำหรับประจุ $+1\ \text{nC}$ และ $+1\ \text{nC}$ ห่างกัน $1\ \text{m}$. ใช้ $k = 9\times10^9$.
$U = \dfrac{(9\times10^9)(10^{-9})(10^{-9})}{1} = 9\times10^{-9}\ \text{J}$.
เครื่องหมายบอกเรื่องราว
- ประจุชนิดเดียวกัน: $U > 0$ — คุณต้องดัน将它们เข้าด้วยกัน พลังงานถูกจัดเก็บไว้
- ประจุต่างชนิดกัน: $U < 0$ —它们ถูกดึงเข้าหากัน พลังงาน "เป็นหนี้" (ถูกยึดติด)
- ค่า $U$ ที่ลบมากขึ้นหมายถึงคู่ประจุที่ถูกยึดติดแน่นขึ้น
- เรากำหนด $U = 0$ เป็นศูนย์เมื่อประจุอยู่ห่างกันเป็นอนันต์
ประจุสองตัวต่างชนิดมีพลังงานศักย์ที่เป็น:
ประจุต่างชนิดดึงดูดกัน ดังนั้น $U = kq_1q_2/r < 0$ — คู่ที่ถูกยึดติดกัน
เรามักกำหนดให้พลังงานศักย์เป็นศูนย์เมื่อประจุอยู่ห่างกันอนันต์ ____
ค่าอ้างอิง $U = 0$ ตั้งไว้ที่ระยะห่างอนันต์
งานและแรงจากพลังงาน
- งานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าเท่ากับผลลดลงของพลังงาน: $W_{\text{field}} = -\Delta U$
- ดังนั้นการเคลื่อนที่ไปยังค่า $U$ ที่ต่ำกว่าจะปลดปล่อยพลังงานออกมาเป็นการเคลื่อนที่
- ในรูปของแคลคูลัส แรงคือความชันของ $U$: $F = -\dfrac{dU}{dr}$
- พลังงานและแรงคือมุมมองสองด้านของการมีปฏิสัมพันธ์เดียวกัน
พลังงานศักย์ไฟฟ้า
พลังงานศักย์ของประจุสองตัวลดลงตามอัตราส่วนกลับต่อระยะห่างระหว่างกัน
งานที่ทำโดยสนามไฟฟ้าเท่ากับผลลดของพลังงานศักย์, $W = -\Delta U$.
การลดลงของ $U$ ปล่อยพลังงานในรูปแบบงาน: $W = -\Delta U$.
ประจุหลายตัวรวมกัน
- สำหรับประจุหลายตัว ให้รวมพลังงานของ ทุกคู่
- เนื่องจาก $U$ เป็นสเกลาร์ คุณเพียงเพิ่มตัวเลข — ไม่มีเวกเตอร์
- $U_{\text{total}} = \sum_{\text{pairs}} \dfrac{k\,q_i q_j}{r_{ij}}$.
- รักษาเครื่องหมาย: การผสมผสานระหว่าง $+$ และ $-$ สามารถให้พลังงานสุทธิที่เป็นลบได้
เลือก ทุก ข้อที่ถูกต้องเกี่ยวกับพลังงานศักย์ไฟฟ้า
$U$ เป็นสเกลาร์ที่มีเครื่องหมาย บวกตามคู่; ประจุชนิดเดียวกันให้ $U>0$. มันไม่เป็นเวกเตอร์เลย
ต้องใช้พลังงานเท่าไหร่ในการนำประจุ $+2\ \text{nC}$ ไปยัง $3\ \text{cm}$ จากประจุ $+3\ \text{nC}$?
- $U = \dfrac{k\,q_1 q_2}{r} = \dfrac{(9\times10^9)(2\times10^{-9})(3\times10^{-9})}{0.03}$.
- $U \approx 1.8\times10^{-6}\ \text{J}$ — เป็นบวก เพราะทั้งสองเป็นบวก
$U$ เป็น สเกลาร์ที่มีเครื่องหมาย, ไม่ใช่แรงและไม่เป็นเวกเตอร์ ค่า $U$ ที่ลบไม่แปลว่าแรงเป็นลบ — แปลว่าคู่ประจุนั้น ถูกยึดติด (จำเป็นต้องใช้พลังงานเพื่อดึงพวกมันออกจากกัน)
พลังงานศักย์ไฟฟ้า คืองานที่ใช้ในการประกอบประจุ: $U = k q_1 q_2 / r$ (สเกลาร์ที่มีเครื่องหมาย ****, $1/r$). ประจุชนิดเดียวกันจัดเก็บ $U>0$; ประจุต่างชนิดกันให้ค่า $U<0$ (ถูกยึดติด). งานของสนามคือ $W = -\Delta U$, และ $F = -dU/dr$