Физика для углубленного изучения. 2. Электродинамика. Оптика
Физика для углубленного изучения. 2. Электродинамика. Оптика
ОглавлениеВведениеI. ЭЛЕКТРОСТАТИКА § 1. Электрический заряд. Закон Кулона § 2. Электрическое поле. Напряженность поля § 3. Теорема Гаусса § 4. Потенциал электростатического поля. Энергия системы зарядов § 5. Расчет электрических полей § 6. Проводники в электрическом поле § 7. Силы в электростатическом поле § 8. Конденсаторы. Электроемкость § 9. Энергия электрического поля II. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 10. Характеристики электрического тока. Закон Ома § 11. Соединение проводников в электрические цепи § 12. Закон Ома для неоднородной цепи § 14. Работа и мощность постоянного тока § 15. Магнитное поле постоянного тока § 16. Действие магнитного поля на движущиеся заряды III. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ § 17. Явление электромагнитной индукции § 18. Электрические машины постоянного тока § 19. Энергия магнитного поля § 20.  Основы теории электромагнитного поля§ 21. Квазистационарные явления в электрических цепях IV. ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК § 22. Цепи переменного тока. Закон Ома § 23. Работа и мощность переменного тока. Передача электроэнергии V. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ § 25. Колебательный контур § 26. Вынужденные колебания в контуре. Резонанс § 27. Незатухающие электромагнитные колебания § 28. Электромагнитные волны § 29. Свойства и применения электромагнитных волн VI. ОПТИКА § 30. Свет как электромагнитные волны. Интерференция § 31. Дифракция света § 32. Спектральные приборы. Дифракционная решетка § 33. Протяженные источники света § 34. Интерференция немонохроматического света § 35. Физические принципы голографии § 36. Геометрическая оптика § 37. Оптические приборы, формирующие изображение |
Потенциал электростатического поля точечного заряда – формула, кратко о разности потенциалов (10 класс)
4.
9
Средняя оценка: 4.9
Всего получено оценок: 157.
4.9
Средняя оценка: 4.9
Всего получено оценок: 157.
Проявление электрического поля заключается в силовом взаимодействии между зарядами. Электрическое поле имеет ряд характеристик, одной из которых является потенциал. Рассмотрим это понятие, выведем формулу потенциала электростатического поля точечного заряда.
Понятие потенциала
Из курса электродинамики в 10 классе известно, что для определения взаимного влияния электрических зарядов используется понятие напряженности.
Однако для электротехники такая характеристика поля неудобна. В самом деле, напряженность — это векторная величина, предполагающая движение зарядов в пространстве. Но в электротехнических схемах заряды могут двигаться только по проводникам, направление которых однозначно определено. И имеет значение только движение вдоль проводников. Здесь было бы удобнее рассматривать не векторную, а скалярную характеристику поля.
Для введения такой скалярной характеристики вспомним, что основной задачей электротехники является получение и преобразование энергии. А электрическое поле — потенциально, и работа в нем не зависит от пути, по которому двигался заряд. Важна лишь разница потенциальных энергий в конечных точках траектории.
Все это позволяет ввести специальную энергетическую характеристику электростатического поля — потенциал.
Потенциальная энергия взаимодействия двух зарядов равна:
$$W_{потенц}=k{q_1q_2\over r}$$
Из этой формулы следует, что потенциальная энергия электрического поля пропорциональна заряду, и отношение потенциальной энергии к этому заряду постоянно. Это отношение и есть потенциал $\varphi$:
$$\varphi={W_{потенц}\over q}$$
Как и в случае с потенциальной энергией, конкретная величина потенциала не несет большой информации. Практически всегда используется разность потенциалов между двумя точками. Зная ее, можно рассчитать работу, которую совершает заряд при движении от одной точки к другой.
Потенциал поля точечного заряда
Из двух приведенных выше формул легко получить формулу потенциала точечного заряда. Подставив первую во вторую, получим:
$$\varphi=k{q\over r}$$
Коэффициент $k$ здесь, как и в законе Кулона, зависит от выбранной системы единиц. Для системы СИ ($\varepsilon_0$ — электрическая постоянная):
$$k={1\over 4\pi\varepsilon_0}$$
Таким образом, потенциал электростатического поля точечного заряда пропорционален величине заряда и обратно пропорционален расстоянию от него. Если $r=∞$, то $\varphi=0$. По сути, потенциал поля точечного заряда равен энергии, которая необходима для удаления единичного пробного заряда в бесконечность.
Рис. 2. Силовые линии точечного заряда.Потенциал системы точечных зарядов
Поскольку электрическое поле потенциально, и в нём действует принцип суперпозиции, это позволяет легко находить потенциал системы зарядов. Он равен алгебраической сумме элементарных зарядов:
$$\varphi_{общ} =\varphi_1+\varphi_2+…+\varphi_n$$
Эта же формула используется в том случае, если заряд распределен по телу неравномерно.
Что мы узнали
Электростатический потенциал — это скалярная энергетическая характеристика электростатического поля. Она равна работе, которую надо совершить для того, чтобы удалить пробный единичный заряд из поля в бесконечность. Поскольку электрическое поле потенциально, и в нём работает принцип суперпозиции, потенциал системы точечных зарядов равен сумме потенциалов каждого заряда.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4.9
Средняя оценка: 4.9
Всего получено оценок: 157.
А какая ваша оценка?
Разница между электрическим потенциалом и электрическим полем
Автор: Madhu
Ключевое различие между электрическим потенциалом и электрическим полем заключается в том, что электрический потенциал относится к работе, необходимой для перемещения единичного заряда из одного места в другое при влияние электрического поля, тогда как электрическое поле относится к окружению электрического заряда, который может оказывать силу на другие заряды в поле.
Термины электрический потенциал и электрическое поле используются в физической химии в подкатегории электрохимии.
СОДЕРЖАНИЕ
1. Обзор и ключевые отличия
2. Что такое электрический потенциал
3. Что такое электрическое поле
4. Прямые сравнения – электрический потенциал и электрическое поле в табличной форме
5. Резюме
Что такое электричество Потенциал?
Электрический потенциал — это количество работы, совершаемой при перемещении заряженной частицы из одного места в другое в электрическом поле.
Здесь заряженная частица либо положительно заряжена, либо отрицательно заряжена. Обычно электрический потенциал измеряют для движения заряженной частицы от точки отсчета до определенной точки. Причем это движение не должно ускорять заряженную частицу. Обычно за точку отсчета мы берем Землю.
Рисунок 01: Электрический потенциал вокруг двух сфер
Единицей измерения электрического потенциала в системе СИ является вольт (В). Это обширное свойство веществ. При определении величины электрического потенциала мы можем это делать либо в статическом, либо в динамическом электрическом поле. Электрический потенциал в контрольной точке считается равным нулю. Практически электрический потенциал представляет собой непрерывную величину, которая является функцией пространства.
Что такое электрическое поле?
Электрическое поле – это окружение единицы электрического заряда, которая может воздействовать на другие заряженные частицы в поле. Мы также можем сократить этот термин до E-поля.
Заряженные частицы в электрическом поле могут либо притягиваться, либо отталкиваться центральной единицей заряда, в зависимости от электрических зарядов и их величины.
Рисунок 02: Электрическое поле вокруг двух противоположных зарядов
При рассмотрении атомного масштаба электрическое поле отвечает за силу притяжения между атомным ядром и электронами. Эта сила притяжения является клеем, который удерживает вместе ядро и электроны, образуя структуру атома. Кроме того, эти силы притяжения важны для образования химической связи. Единицей измерения электрического поля является вольт на метр (В/м). Эта единица точно равна единице Ньютон на кулон (N/C) в системе единиц СИ.
В чем разница между электрическим потенциалом и электрическим полем?
Основное различие между электрическим потенциалом и электрическим полем заключается в том, что электрический потенциал относится к работе, которую необходимо совершить для перемещения единичного заряда из одного места в другое под действием электрического поля, тогда как электрическое поле — это окружающая среда.
электрического заряда, который может воздействовать на другие заряды в поле. Другими словами, электрический потенциал измеряет работу, совершаемую электрическим полем, в то время как электрическое поле измеряет силу, действующую на заряженную частицу в поле, отличном от центрального заряженного элемента.
Ниже в таблице представлена разница между электрическим потенциалом и электрическим полем.
Резюме – электрический потенциал в зависимости от электрического поля
Термины электрический потенциал и электрическое поле используются в физической химии в подкатегории электрохимии. Ключевое различие между электрическим потенциалом и электрическим полем заключается в том, что электрический потенциал относится к работе, которую необходимо совершить для перемещения единичного заряда из одного места в другое под действием электрического поля, тогда как электрическое поле представляет собой окружение электрического поля. заряд, который может действовать на другие заряды в поле.
Ссылка:
1. «Электрическое поле». Гиперфизика , Доступно здесь.
2. «Электрический потенциал». Википедия , Фонд Викимедиа, 7 апреля 2020 г., доступно здесь.
Изображение предоставлено:
1. «Металлические шарики VFPt плюс минус потенциал» Geek3 — собственная работа (CC BY-SA 4.0) через Commons Wikimedia
2. «VFPt заряжается плюс минус большой палец» Автор Geek3 — собственная работа (CC BY- SA 3.0) через Commons Wikimedia
Электрическая потенциальная энергия
Электрическая потенциальная энергия Потенциальную энергию можно определить как способность выполнять работу, возникающую в зависимости от положения или конфигурации. В электрическом случае заряд будет воздействовать на любой другой заряд, и потенциальная энергия возникает из любого набора зарядов. Например, если положительный заряд Q зафиксирован в какой-то точке пространства, то любой другой положительный заряд, приближенный к нему, будет испытывать силу отталкивания и, следовательно, будет обладать потенциальной энергией.
| Индекс Концепции напряжения | |||||||||||
|
Это не значит, что это незначительно; как только ноль потенциала установлен, каждое значение потенциала измеряется относительно этого нуля. Другими словами, изменение потенциала имеет физическое значение. Нуль электрического потенциала (напряжения) устанавливается для удобства, но обычно в выборе нулевой точки есть некоторая физическая или геометрическая логика. Для одноточечного заряда или локализованного набора зарядов логично установить нулевую точку на бесконечности. Но для бесконечного линейного заряда это нелогичный выбор, поскольку локальные значения потенциала уходят в бесконечность. Для практических электрических цепей земля или потенциал земли обычно принимается равным нулю, и все относится к земле.
