שימור אנרגיה חשמלית
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| kinetic energy/kɪˈnetɪk ˈenədʒi/ | אנרגיה קינטית |
| potential difference/pəˈtenʃl ˈdɪfrəns/ | פרשנות פוטנציאל |
| electron-volt/ɪˈlektrɒn vəʊlt/ | אלקטרון-וולט |
השאירו מטען ללכת ואנרגיה מאוגרת הופכת למהירות
- שחררו מטען בשדה והוא יאיץ באופן עצמאי.
- האנרגיה הפוטנציאלית החשמלית שלו תורד בעוד שהאנרגיה הקינטית שלו תעלה.
- האנרגיה הכוללת נשארת זהה — אין אובדן דבר.
- רעיון אחד פותר בעיות שייהיו קשות לפתרון עם כוחות בלבד.
האנרגיה שמורה
- כאשר רק הכוח החשמלי פועל: $\Delta KE + \Delta U = 0$.
- האנרגיה פשוט משנה צורה, מפוטנציאל לקינטית (או להפך).
- לכן העלייה במהירות מתשלמת על ידי ירידה באנרגיה פוטנציאלית.
- אין צורך לעקוב אחרי הכוח המשתנה לאורך המסלול — מספיק לבדוק את הנקודות הקצה.
טעון משוחרר בשדה (רק הכוח החשמלי פועל). כשהוא מאיץ, האנרגיה הפוטנציאלית שלו:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$\Delta KE + \Delta U = 0$: כאשר האנרגיה הקינטית עולה, $U$ יורדת.
מטען הצולף דרך מתח חשמלי
- העברת מטען $q$ דרך הפרש פוטנציאלים $\Delta V$ משנה את אנרגייתו ב-$q\,\Delta V$.
- אם זהו הכוח היחיד: $q\,\Delta V = \Delta KE = \tfrac12 m v^2$ (מהמצב רגיעה).
- מטען $+$ מאיץ כאשר נע לכיוון פוטנציאל נמוך; מטען $-$ מאיץ כאשר נע לכיוון פוטנציאל גבוה.
- סימן המטען קובע איזה כיוון הוא "ירידה".
טעון $2\ \text{C}$ נופל דרך $\Delta V = 5\ \text{V}$. כמה אנרגיה קינטית (ב-J) הוא רוכש?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$KE = q\,\Delta V = 2 \times 5 = 10\ \text{J}$.
אלקטרון מאיץ כאשר הוא נע לעבר:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מטען שלילי מרוויח אנרגיה קינטית כשהוא נע לפוטנציאל גבוה יותר $V$ (הדבר משמעותו ש$q\Delta V < 0$ הוא $\Delta U < 0$).
יחידה נוחה: אלקטרון-וולט
- אלקטרון-וולט אחד (eV) הוא האנרגיה שאלקטרון מקבל בזמן מעבר דרך $1\ \text{V}$.
- $1\ \text{eV} = 1.6\times10^{-19}\ \text{J}$ — קטן מאוד, אך מושלם לחלקיקים.
- מאיצי חלקיקים מיישרים אנרגיה ב-keV, MeV ו-GeV.
- זה חוסך כתיבת מעריכי עשרה לא נוחים לטעונים יחידים.
האם מדובר במהירות הולכת וגדלה או הקטנה?
כשטעון נע דרך שדה, אנרגיה עוברת בין קינטית לפוטנציאלית. סדרו כל מקרה.
האנרגיה שהאלקטרון רוכש בעבר $1\ \text{V}$ היא ______ אחד.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אנרגיה זו היא $1\ \text{eV} = 1.6\times10^{-19}\ \text{J}$.
המסלול אינו חשוב
- השינוי באנרגיה תלוי רק בפוטנציאלים התחלתי והסופי.
- כל מסלול ביניהם נותן אותו $q\,\Delta V$.
- הכוח החשמלי הוא שימורני — כמו הכובד.
- זו בדיוק הסיבה שפוטנציאל (מספר יחיד לכל נקודה) יכול להתקיים.
שינוי האנרגיה $q\Delta V$ תלוי רק בפוטנציאל ההתחלתי והסופי, ולא בדרך.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
הכוח החשמלי הוא שמרני — לא תלוי בדרך.
בחר את כל האמירות הנכונות לגבי שימור אנרגיה חשמלית.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
האנרגיה הכוללת נשמרת, הכוח שמרני, ה-eV היא אנרגיה. המסלול אינו רלוונטי.
אלקטרון (מטען $e$) מואץ ממצב רך דרך $100\ \text{V}$. מצאו את אנרגיית התנועה שלו.
- $KE = q\,\Delta V = e \times 100\ \text{V} = 100\ \text{eV}$.
- בג'ואולים: $100 \times 1.6\times10^{-19} = 1.6\times10^{-17}\ \text{J}$.
שמו לב לסימן המטען. מטען חיובאי מאיץ כאשר עובר לפוטנציאל נמוך, אך מטען שלילי (כמו אלקטרון) מאיץ כאשר עובר לפוטנציאל גבוה. האנרגיה $q\,\Delta V$ נושאת את הסימן הזה אוטומטית.
עם כוח חשמלי בלבד, האנרגיה שמורה: $\Delta KE + \Delta U = 0$. טעון העובר דרך $\Delta V$ רוכש $q\,\Delta V$ אנרגיה, ולכן $q\,\Delta V = \tfrac12 m v^2$ מהמצב השקט. הכוח הוא שימורני (בלתי תלוי במסלול); יחידה פרקטית היא אלקטרון-וולט.