Kekekalan Energi Listrik
Muatan dalam medan ibarat bola di bukit
- Lepaskan bola di lereng dan ia akan berakselerasi, menukar ketinggian menjadi kecepatan.
- Lepaskan muatan dalam medan listrik dan hal yang sama terjadi, menukar energi potensial listrik menjadi kinetik.
- Kedua energi tersebut bertukar, tetapi totalnya tidak pernah berubah.
- Kekekalan energi, yang kita temui untuk gravitasi, bekerja sama baiknya untuk muatan.
Pertukaran PE dan KE
- Muatan yang bergerak melalui medan mengonversi PE listrik menjadi energi kinetik (atau sebaliknya).
- $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ untuk muatan tanpa gaya lain.
- Biarkan muatan positif ditolak: PE-nya turun dan kecepatannya bertambah.
- Dorong melawan medan: kecepatannya turun dan PE-nya naik.
Saat muatan positif ditolak dan semakin cepat, energi potensial listriknya:
PE turun saat diubah menjadi energi kinetik; totalnya tetap konstan.
Untuk muatan tanpa gaya lain, PE listrik ditambah energi ____ konstan.
$U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ — PE dan energi kinetik saling menukar.
Menggunakan tegangan untuk mencari kecepatan
- Energi yang diperoleh muatan melintasi tegangan $\Delta V$ adalah $W = q\,\Delta V$.
- Semua bisa menjadi energi kinetik: $q\,\Delta V = \tfrac12 m v^2$.
- Ini persis bagaimana akselerator partikel mempercepat elektron dan proton.
- Tegangan lebih besar atau muatan lebih besar berarti kecepatan akhir lebih cepat.
Sebuah muatan $2\ \text{C}$ dipercepat dari keadaan diam melintasi $9\ \text{V}$. Berapa banyak energi kinetik yang diperolehnya, dalam $\text{J}$?
$\text{KE} = q\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
Akselerator partikel menggunakan tegangan untuk mengubah energi potensial listrik menjadi energi kinetik muatan.
Sebuah muatan memperoleh $q\Delta V$ energi kinetik saat melintasi tegangan — inilah cara akselerator bekerja.
Alat bantu yang sama dengan mekanika
- Kekekalan energi menghubungkan awal dan akhir tanpa melacak bagian tengah yang rumit.
- Tetapkan total energi di awal sama dengan total energi di akhir, lalu selesaikan.
- Ini menyatukan listrik dengan semua alat energi mekanika yang sudah Anda ketahui.
- Whenever gaya bersifat konservatif (gravitasi, pegas, listrik), jalan pintas ini bekerja.
Muatan yang memperoleh atau kehilangan energi kinetik
Saat muatan bergerak melalui medan, energi berpindah antara kinetik dan potensial. Urutkan setiap kasus.
Pilih semua pernyataan yang benar tentang muatan yang bergerak bebas di dalam medan listrik.
Energi kekal (ditukar, bukan tercipta); melintasi $\Delta V$ mentransfer $q\Delta V$.
Kekekalan energi berlaku hanya jika tidak ada kebocoran energi (tidak ada gesekan atau hambatan yang mengambilnya). Dalam rangkaian, resistor mengubah energi listrik menjadi panas, jadi di sana energi kekal secara keseluruhan tetapi tidak disimpan sebagai kinetik — lacak ke mana energinya pergi.
Dalam sebuah rangkaian, mengapa tidak seluruh energi listrik diubah menjadi energi kinetik?
Resistor mengubah energi listrik menjadi panas, sehingga energi kekal secara keseluruhan tetapi tidak disimpan sebagai gerak.
Muatan $q = 2\ \text{C}$ dipercepat dari keadaan diam melalui beda potensial $\Delta V = 9\ \text{V}$. Berapa energi kinetik yang dimilikinya?
- $\text{KE} = q\,\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
Seluruh energi potensial listrik yang hilang berubah menjadi energi kinetik.
Konservasi energi listrik: muatan menukar energi potensial listrik dengan energi kinetik tanpa perubahan total, $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$. Melintasi tegangan, ia memperoleh $W = q\,\Delta V$ — inilah cara kerja akselerator. Ini adalah paket alat energi yang sama seperti dalam mekanika.