Тема 24. Работа в электрическом поле. Потенциал. Разность потенциалов.

Тема 24. Работа в электрическом поле. Потенциал. Разность потенциалов.

I. Работа в электрическом поле.

Если электрический заряд перемещать в однородном электрическом поле, будет совершаться работа. Вычислим ее.

1. Переместим заряд из точки В в точку D по прямой BD

А_В_D = F *BD*cosα = q E *BD* cosα = q E*BC = q E d 2. Переместим заряд из точки В в точку D через точку C. Вычислим работу. А_В_CD = A_BC + A_CD= q E*BC*cos0⁰ + q E*CD* cos90⁰ = = q E BC + 0 = q E d.

3. Переместим заряд по произвольной дуге ВD. Дугу можно заменить ломаной линией, состоящей из горизонтальных и вертикальных участков. Работа на всех вертикальных участках равна 0, на горизонтальных

А_В_D = q E (d₁ + d₂ + d₃ + …) = q E d.

Итак, в однородном электрическом поле работа электрических сил не зависит от формы траектории. Работа же по замкнутому контуру равна нулю. Такие поля называют потенциальными.

II. Потенциал. Разность потенциалов.

Работа по перемещению заряда из точки 1 в точку 2 может служить мерой изменения потенциальной энергии А_1,2 = П₁ – П₂ = - (П₂ – П₁) = - ∆ П.

Условились, потенциальную энергию заряда, находящегося в бесконечно удаленной точке, считать за нуль.

Работу по перемещению единичного, положительного заряда из бесконечности в данную точку поля называют потенциалом данной точки поля.

φ =А ; В СИ [ φ ] = В (вольт).

Работу по перемещению единичного, положительного заряда из одной точки поля в другую называют разностью потенциалов между этими точками. Разность потенциалов называется электрическим напряжением.

( φ₁ – φ₂) = U В СИ [ U ] = B (вольт)

Работу по перемещению заряда можно выразить через напряжение

А = q (φ ₁ - φ ₂) = qU

Потенциал и разность потенциалов – энергетическая характеристика электрического поля. Между силовой (Е) и энергетической (U) характеристиками поля существует связь

U = Ed

Если соединить точки, имеющие одинаковый потенциал, получатся поверхности равного потенциала – эквипотенциальные поверхности. Эквипотенциальные поверхности перпендикулярны линиям напряженности. Для точечного заряда и заряженного шара эти поверхности представляют собой концентрические окружности, в однородном поле это параллельные линии.