שימור אנרגיה חשמלית
הוצגמטען בשדה דומה לכדור על גבעה
- משחררים כדור על מדרון והוא מתאיץ, ממיר גובה מהירות.
- משחררים מטען בשדה חשמלי והוא עושה אותו, ממיר אנרגיה פוטנציאלית חשמלית לקינטית.
- שתי האנרגיות מתחלפות זו בזו, אך סך הכל שלהן לעולם אינו משתנה.
- שימור אנרגיה, שפגשנו במקרה הכבידה, עובד בדיוק כך גם עבור מטענים.
חילוף בין PE ל-KE
- מטען הנע דרך שדה ממיר PE חשמלי לאנרגיה קינטית (או להפך).
- $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ למטען ללא כוחות נוספים.
- אם מטען חיובי דוחה: האנרגיה הפוטנציאלית (PE) שלו יורדת והוא מאיץ.
- אם דוחים אותו נגד השדה: מהירותו יורדת והאנרגיה הפוטנציאלית עולה.
כאשר טעון חיובי נדחה ומאיץ, האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית שלו:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
PE יורדת כאשר היא הופכת לאנרגיה קינטית; הסך הכל נשאר קבוע.
עבור טעון ללא כוחות אחרים, PE חשמלי פלוס ____ אנרגיה הם קבועים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ — PE ואנרגיה קינטית מתחלפות זו עם זו.
שימוש במתח כדי לחשב מהירות
- האנרגיה שמטען מקבל בעת מעבר מתוך מתח $\Delta V$ היא $W = q\,\Delta V$.
- כל האנרגיה הזו יכולה להפוך לאנרגיה קינטית: $q\,\Delta V = \tfrac12 m v^2$.
- זו בדיוק הדרך שבה מאיצני חלקיקים מגיחים לאלקטרונים ופרוטונים.
- מתח גדול יותר או מטען גדול יותר מוביל למהירות סופית גבוהה יותר.
טעון $2\ \text{C}$ מואץ ממצב רגיעה דרך $9\ \text{V}$. כמה אנרגיה קינטית הוא מפיק, ב$\text{J}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\text{KE} = q\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
מאיני חלקיקים משתמשים במתח להמיר אנרגיה פוטנציאלית חשמלית לאנרגיה קינטית של טעונים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
טעון מפיק $q\Delta V$ של אנרגיה קינטית בעברו על המתח — כך פועלים מאינים.
אותה ערכת הכלים כמו במכניקה
- שימור אנרגיה מקשר את התחלה ו-סוף מבלי לעקוב אחרי הביניים המסורבלים.
- משווים את האנרגיה הכוללת בהתחלה לאנרגיה הכוללת בסוף, ופתרים.
- זה מאחד חשמל עם כל כלי האנרגיה במכניקה שאתם כבר מכירים.
- בכל פעם שהכוחות הם שמרתיים (כבידה, קפיצים, חשמל), קיצור דרך זה עובד.
טעון שמפיק או מאבד אנרגיה קינטית
כאשר טעון נע דרך שדה, האנרגיה עוברת בין קינטית לפוטנציאלית. סדרו כל מקרה.
בחרו את כל האמירות הנכונות לגבי טעון הנע בחופשיות בשדה חשמלי.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
האנרגיה שמורה (נמכבת, לא נוצרת); מעבר דרך $\Delta V$ מעביר $q\Delta V$.
שימור אנרגיה חל רק כאשר אין דליפת אנרגיה (אין חיכוך או התנגדות שגוזלים אותה). במעגל חשמלי, נגדים ממירים אנרגיה חשמלית לחום, ולכן שם האנרגיה שמורה בכלל אך אינה מאוחזת כאנרגיה קינטית — יש לעקוב היכן היא הולכת.
בתר电路中, מדוע לא כל האנרגיה החשמלית הופכת לאנרגיה קינטית?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
נגדים ממירים אנרגיה חשמלית לחום, כך שהאנרגיה מומשת בסך הכל אך אינה מאוגרת בתנועה.
מטען של $q = 2\ \text{C}$ מאוצל ממצב רכישה דרך הפרש פוטנציאלים של $\Delta V = 9\ \text{V}$. כמה אנרגיה קינטית הוא מקבל?
- $\text{KE} = q\,\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
כל האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית שאבדו מופיעה שוב כאנרגיה קינטית.
שימור אנרגיה חשמלית: מטען מחליף אנרגיה פוטנציאלית חשמלית ל-אנרגיה קינטית תוך שמירה על הסך הכולל, $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$. במעבר מתוך מתח, הוא מקבל $W = q\,\Delta V$ — כך עובדים מאיצנים. זו אותה ערכת כלי אנרגיה כמו במכניקה.