الطاقة الكامنة الكهربائية
مُقدَّم| English | المعنى |
|---|---|
| electric potential energy/ɪˈlektrɪk pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | طاقة الجهد الكهربائي |
دفع شحنتين مماثلتين معاً يشبه ضغط نابض
- ادفع شحنتين موجبتين نحو بعضهما فتقاومان بشكل متزايد.
- أنت تبذل شغلاً ضد تنافرها، وهذا الشغل يُخزن.
- الطاقة المخزنة هي طاقة كامنة كهربائية — تُطلق بمجرد أن تدعها.
- إنها نظيرة الكهرباء لنابض مضغوط أو ثقل مرفوع.
صيغة الطاقة المخزنة
- لشحنتين نقطيتين، الطاقة الكامنة الكهربائية تساوي $U = \dfrac{k q_1 q_2}{r}$.
- لاحظ أنها تتناقص مع $\dfrac{1}{r}$ — قوة واحدة للمسافة، على عكس قوة $\dfrac{1}{r^2}$.
- للشحنات المتماثلة $U$ تكون موجبة (لقد بذلت عملاً لدفعها معاً).
- للشحنات المختلفة $U$ تكون سالبة (لقد سحبتها نحو بعضها تلقائياً).
الطاقة في المجال
شاهد المجال الذي تبنيه شحنة؛ تحريك شحنة أخرى خلاله يخزن أو يطلق الطاقة.
شحنتان $+1\ \text{C}$ تبعدان مسافة $2\ \text{m}$ ($k = 9\times10^9$). ما طاقتهما الكامنة، بـ $\text{J}$؟ (أعطِ معامل $10^9$.)
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$U = kq_1q_2/r = 9\times10^9 / 2 = 4.5\times10^9\ \text{J}$.
تعتمد الطاقة الكامنة الكهربائية بين شحنتين نقطيتين على المسافة كـ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
يقل $U = kq_1q_2/r$ حسب $1/r$ — قوة واحدة، عكس قوة $1/r^2$.
بالنسبة لشحنتين متشابهتين، تكون الطاقة الكامنة الكهربائية:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
يجب عليك بذل عمل موجب لدفع شحنات متشابهة معاً، لذا $U > 0$.
بالنسبة لشحنتين نقطيتين، تقسيم مسافة الفصل إلى النصف يضاعف طاقتهما الكامنة الكهربائية.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$U \propto 1/r$، لذا تقسيم $r$ إلى النصف يضاعف $U$.
الشغل والطاقة
- الـ الشغل الذي تبذله لتحريك شحنة يساوي التغير في طاقتها الكامنة.
- حرك شحنة إلى المكان الذي يدفعها فيه المجال، وتنخفض طاقتها الكامنة (تُطلق الطاقة).
- حركها عكس اتجاه المجال، وترتفع طاقتها الكامنة (تُخزن الطاقة).
- فقط التغيرات في الطاقة الكامنة مهمة، لذا يمكنك تعيين أي صفر مناسب.
العمل المبذول لتحريك شحنة يساوي ____ في طاقتها الكامنة.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
العمل $= \Delta U$ — فقط تغيرات PE مهمة.
تماماً مثل الجاذبية
- الطاقة الكامنة الكهربائية تعكس الطاقة الكامنة الجاذبية: كلاهما يخزن الطاقة في تكوين معين.
- رفع كتلة يرفع الطاقة الكامنة الجاذبية؛ فصل الشحنات المختلفة يرفع الطاقة الكامنة الكهربائية.
- أفلت أحدهما وتتحول الطاقة المخزنة إلى طاقة حركية.
- نفس أدوات حفظ الطاقة تنطبق على كليهما.
حدد جميع العبارات الصحيحة حول الطاقة الكامنة الكهربائية.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
PE الكهربائية تعكس PE الجاذبية، تتبع $1/r$، وموجبة للشحنات المتشابهة. القوة (ليست PE) تتبع $1/r^2$.
تتغير الطاقة الكامنة الكهربائية مع $\dfrac{1}{r}$، بينما تتغير الـ القوة مع $\dfrac{1}{r^2}$ — لا تخلط بين هذين الأسين. وانتبه للـ إشارات: الشحنات المتماثلة لها $U$ موجبة، والشحنات المختلفة $U$ سالبة.
شحنتان $+1\ \text{C}$ تفصل بينهما مسافة $2\ \text{m}$، مع اعتبار $k$ مساويةً لـ $9\times10^9$.
- $U = \dfrac{kq_1q_2}{r} = \dfrac{9\times10^9 \times 1 \times 1}{2} = 4.5\times10^9\ \text{J}$.
قربهما لتصبح المسافة $1\ \text{m}$، وتتضاعف $U$ لتصل إلى $9\times10^9\ \text{J}$ — يجب عليك بذل هذا القدر الإضافي من الشغل.
الطاقة الكامنة الكهربائية هي الطاقة المخزنة في ترتيب الشحنة: $U = \dfrac{kq_1q_2}{r}$ (لاحظ $1/r$، وليس $1/r^2$). الشحنات المتشابهة تعطي إيجابية $U$، والمختلفة سلبية. نقل شحنة يقوم بعمل يساوي التغير في $U$، تماماً مثل طاقة الوضع الجاذبية.