กฎอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้า
| English | ไทย |
|---|---|
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | พลังงานจลน์ |
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | ต่างศักย์ |
| electron-volt/ɪˈlektrɒn vəʊlt/ | อิเล็กตรอน-โวลต์ |
ปล่อยประจุให้เคลื่อนที่ พลังงานเก็บสะสมกลายเป็นความเร็ว
- ปล่อยประจุในสนาม มันจะเร่งตัวเองได้โดยอัตโนมัติ
- พลังงานศักย์ไฟฟ้า ของมันลดลง ในขณะที่ พลังงานจลน์ เพิ่มขึ้น
- พลังงานรวมคงเดิม — ไม่มีอะไรหายไป
- หลักการเดียวนี้แก้โจทย์ได้ยากๆ ที่ต้องใช้แรงเพียงอย่างเดียวไม่ได้ง่าย
พลังงานถูกอนุรักษ์
- เมื่อมีเพียงแรงไฟฟ้ากระทำ: $\Delta KE + \Delta U = 0$
- พลังงานเปลี่ยนรูปแบบจากศักย์เป็นจลน์ (หรือกลับคืน)
- การเพิ่มความเร็วมาจากการลดลงของพลังงานศักย์
- ไม่ต้องติดตามแรงที่เปลี่ยนไปตามเส้นทาง — แค่ดูจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดก็พอ
ประจุถูกปล่อยในสนาม (มีเพียงแรงแบบไฟฟ้ากระทำ) เมื่อมันเร่งความเร็ว พลังงานศักย์ของมัน:
$\Delta KE + \Delta U = 0$: เมื่อ KE เพิ่มขึ้น, $U$ ลดลง
ประจุตกผ่านความต่างศักย์
- การย้ายประจุ $q$ ผ่าน ความต่างศักย์ $\Delta V$ เปลี่ยนพลังงานของมันไป $q\,\Delta V$
- ถ้าเป็นแรงเดียว: $q\,\Delta V = \Delta KE = \tfrac12 m v^2$ (จากสถานะหยุดนิ่ง)
- ประจุ $+$ จะเร่งเมื่อเคลื่อนที่สู่ศักย์ที่ ต่ำกว่า; ประจุ $-$ จะเร่งเมื่อเคลื่อนที่สู่ศักย์ที่ สูงกว่า
- สัญญาณของประจุกำหนดทิศทาง "ลงเขา"
$2\ \text{C}$ ประจุตกลงผ่าน $\Delta V = 5\ \text{V}$.它会获得多少动能(单位J)?
$KE = q\,\Delta V = 2 \times 5 = 10\ \text{J}$.
อิเล็กตรอนจะเร่งความเร็วเมื่อเคลื่อนที่ไปหา:
ประจุลบได้รับ KE เมื่อเคลื่อนที่ไปยัง $V$ สูงขึ้น ($q\Delta V < 0$ ของมันหมายถึง $\Delta U < 0$)
หน่วยที่สะดวก: อิเล็กตรอนโวลต์
- อิเล็กตรอน-โวลต์ (eV) คือพลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับขณะข้าม $1\ \text{V}$
- $1\ \text{eV} = 1.6\times10^{-19}\ \text{J}$ — เล็กมากแต่เหมาะสำหรับอนุภาค
- เครื่องเร่งอนุภาคระบุพลังงานใน keV, MeV และ GeV
- ช่วยลดการเขียนเลขยกกำลังสิบที่ยากๆ สำหรับประจุเดี่ยว
เร่งความเร็วหรือชะลอตัว?
เมื่อกำหนดให้ประจุเคลื่อนที่ผ่านสนาม พลังงานจะแปลงระหว่างจลน์และศักย์. จัดประเภทแต่ละกรณี
พลังงานที่อิเล็กตรอนได้รับในการข้าม $1\ \text{V}$ คือหนึ่ง ____
พลังงานนั้นคือ $1\ \text{eV} = 1.6\times10^{-19}\ \text{J}$.
เส้นทางไม่สำคัญ
- การเปลี่ยนแปลงพลังงานขึ้นอยู่กับแค่ศักย์ที่ จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด เท่านั้น
- เส้นทางใดระหว่างสองจุดนั้นจะได้ $q\,\Delta V$ เหมือนกันหมด
- แรงไฟฟ้าเป็น แรงอนุรักษ์ — เหมือนแรงโน้มถ่วง
- นั่นคือเหตุผลที่ทำให้สามารถมีศักย์ (ตัวเลขเดียวต่อจุด) ได้
การเปลี่ยนแปลงพลังงาน $q\Delta V$ ขึ้นอยู่กับเพียงศักย์เริ่มต้นและสิ้นสุด ไม่ใช่เส้นทาง
แรงแบบไฟฟ้าเป็นแรงอนุรักษ์ —上不依赖路径
เลือก ทุก ข้อที่ถูกต้องเกี่ยวกับการอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้า
พลังงานรวมอนุรักษ์, แรงเป็นแรงอนุรักษ์, eV เป็นพลังงาน. เส้นทางไม่สำคัญ
อิเล็กตรอน (ประจุ $e$) ถูกเร่งจากสถานะหยุดนิ่งผ่าน $100\ \text{V}$ หาพลังงานจลน์ของมัน
- $KE = q\,\Delta V = e \times 100\ \text{V} = 100\ \text{eV}$.
- ในหน่วยจูล: $100 \times 1.6\times10^{-19} = 1.6\times10^{-17}\ \text{J}$
ระวัง สัญญาณของประจุ ประจุบวกเร่งเมื่อไปสู่ศักย์ที่ ต่ำกว่า แต่ประจุลบ (เช่น อิเล็กตรอน) เร่งเมื่อไปสู่ศักย์ที่ สูงกว่า พลังงาน $q\,\Delta V$ แสดงสัญญาณนั้นโดยอัตโนมัติ
เมื่อมีเพียงแรงไฟฟ้า พลังงานถูกอนุรักษ์: $\Delta KE + \Delta U = 0$. ประจุที่ผ่าน $\Delta V$ ได้รับพลังงาน $q\,\Delta V$ ดังนั้น $q\,\Delta V = \tfrac12 m v^2$ จากสถานะหยุดนิ่ง แรงนี้เป็น แรงอนุรักษ์ (ไม่ขึ้นกับเส้นทาง); หน่วยที่สะดวกคือ อิเล็กตรอน-โวลต์