אנרגיה פוטנציאלית חשמלית
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| electric potential energy/ɪˈlektrɪk pəˈtenʃl ˈenədʒi/ | אנרגיה פוטנציאלית חשמלית |
דחיפת שני מטענים זהים יחד היא כמו לחיצה בקפיץ
- דוחפים שני מטענים חיוביים זה אל זה והם מתנגדים越来越.
- אתם מבצעים עבודה נגד הדחיפה שלהם, ועבודה זו מוכנסת לאחסון.
- האנרגיה המוכנסת לאחסון היא אנרגיה פוטנציאלית חשמלית — משוחררת ברגע שמשחררים.
- זוהי הגרסה החשמלית לקפיץ דחוס או למסה מורמת.
נוסחת האנרגיה המוכנסת לאחסון
- עבור שני מטענים נקודתיים, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית היא $U = \dfrac{k q_1 q_2}{r}$.
- שים לב שהיא יורדת כ-$\dfrac{1}{r}$ — חזקה אחת של המרחק, בניגוד לכוח ב-$\dfrac{1}{r^2}$.
- עבור מטענים זהים, ה-$U$ הוא חיובי (עשית עבודה כדי לדחוף אותם יחד).
- עבור מטענים נגודים, ה-$U$ הוא שלילי (הם נמשכו זה אל זה באופן טבעי).
אנרגיה בשדה
ראו את השדה שמטען בונה; הזזת מטען אחר דרכו מאחסנת או משחררת אנרגיה.
שני מטענים $+1\ \text{C}$ מרוחקים זה מזה ב-$2\ \text{m}$ ($k = 9\times10^9$). מהי האנרגיה הפוטנציאלית שלהם, ביחידות $\text{J}$? (תנו את המקדם של $10^9$.)
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$U = kq_1q_2/r = 9\times10^9 / 2 = 4.5\times10^9\ \text{J}$.
האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית בין שני מטענים נקודתיים תלויה במרחק כך:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$U = kq_1q_2/r$ יורדת כאשר $1/r$ — מעריכה אחת, בניגוד לכוח ה-$1/r^2$.
לשני מטענים דומים, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית היא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חובה לבצע עבודה חיובית כדי להכניס מטענים דומים יחד, ולכן $U > 0$.
לשני מטענים נקודתיים, הצמצום למחצה במרחק ביניהם מכפיל את האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית שלהם.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$U \propto 1/r$, ולכן הצמצום למחצה ב-$r$ מכפיל את $U$.
עבודה ואנרגיה
- ה-עבודה שעושים בהזזת מטען שווה ל-שינוי באנרגיה הפוטנציאלית שלו.
- הזז את המטען לכיוון שבו השדה דוחף אותו, וה-PE שלו יורד (אנרגיה משתחררת).
- הזז אותו נגד השדה, וה-PE שלו עולה (אנרגיה ארוזה).
- רק שינויים באנרגיה פוטנציאלית חשובים, ולכן ניתן לקבוע אפס נוח כלשהו.
העבודה הנעשית בהזזת מטען שווה ל-____ באנרגיה הפוטנציאלית שלו.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
עבודה $= \Delta U$ — רק שינויים באנרגיה פוטנציאלית הם רלוונטיים.
בדיוק כמו כבידה
- ה-PE החשמלי חוקר את ה-PE הכבידתי: שניהם אוצרים אנרגיה במבנה מסוים.
- הרמת מסה מעלה את ה-PE הכבידתי; הפרדת מטענים נגודים מעלה את ה-PE החשמלי.
- שחרור כל אחד מהם הופך את האנרגיה הארוזה לאנרגיה קינטית.
- אותם כלים לשמירת אנרגיה חלים על שניהם.
בחרו את כל האמרות הנכונות לגבי אנרגיה פוטנציאלית חשמלית.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית מחקה את האנרגיה הפוטנציאלית הכבידתית, תלויה ב-$1/r$, והיא חיובית עבור מטענים דומים. הכוח (ולא האנרגיה) תלוי ב-$1/r^2$.
האנרגיה הפוטנציאלית חשמלית תלויה ב-$\dfrac{1}{r}$, בעוד שה-כוח תלוי ב-$\dfrac{1}{r^2}$ — אל תבלבלו בין שתי החוזקות. ושימו לב ל-סימנים: מטענים זהים נותנים $U$ חיובי, ומטענים נגודים נותנים $U$ שלילי.
שני מטענים $+1\ \text{C}$ נמצאים במרחק $2\ \text{m}$ זה מזה, כאשר $k$ מוגדר כ-$9\times10^9$.
- $U = \dfrac{kq_1q_2}{r} = \dfrac{9\times10^9 \times 1 \times 1}{2} = 4.5\times10^9\ \text{J}$.
קירובם למרחק $1\ \text{m}$ גורם ל-$U$ להכפיל את עצמו ל-$9\times10^9\ \text{J}$ — עליכם לבצע עוד כמות עבודה זו.
אנרגיה פוטנציאלית חשמלית היא האנרגיה הארוזה במערך מטענים: $U = \dfrac{kq_1q_2}{r}$ (שימו לב ל-$1/r$, לא ל-$1/r^2$). מטענים זהים נותנים חיובי $U$, ונגודים שלילי. הזזת מטען מבצעת עבודה שווה ל-שינוי ב-$U$, בדיוק כמו ה-PE הכבידתי.