กฎอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้า
แนะนำใหม่ประจุในสนามไฟฟ้าเปรียบเสมือนลูกบอลบนภูเขา
- ปล่อยลูกบอลลงจากเนิน มันจะเร่งความเร็ว เปลี่ยนความสูงเป็นความเร็ว
- ปล่อยประจุในสนามไฟฟ้า มันจะทำแบบเดียวกัน เปลี่ยน พลังงานศักย์ไฟฟ้า เป็นพลังงานจลน์
- พลังงานทั้งสองแลกเปลี่ยนกัน แต่ **ผลรวมทั้งหมดจะไม่เปลี่ยนแปลง
- กฎการอนุรักษ์พลังงานที่เราเคยเรียนรู้เรื่องแรงโน้มถ่วง ใช้ได้กับประจุเช่นกัน
การแลกเปลี่ยนระหว่าง PE และ KE
- ประจุที่เคลื่อนที่ผ่านสนามไฟฟ้าจะเปลี่ยน พลังงาน PE ไฟฟ้า เป็น พลังงานจลน์ (หรือย้อนกลับ)
- $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ สำหรับประจุที่ไม่มีแรงอื่นกระทำ
- ปล่อยให้ประจุบวกถูกผลัก: PE ของมันลดลงและมันเร่งความเร็ว
- ดันมันเข้าหาสนาม: ความเร็วลดลงและ PE เพิ่มขึ้น
เมื่อบรรจุประจุบวกถูกผลักและเร่งความเร็ว พลังงานศักย์ไฟฟ้าของ它会:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
PE ลดลงเมื่อแปลงเป็นพลังงานจลน์; ค่ารวมคงที่
สำหรับประจุที่ไม่มีแรงอื่น พลังงาน PE บวกกับ ____ พลังงานมีค่าคงที่
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
$U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ — PE และพลังงานจลน์แลกเปลี่ยนกัน
การใช้แรงดันหาค่าความเร็ว
- พลังงานที่ประจุได้รับขณะข้ามแรงดัน $\Delta V$ คือ $W = q\,\Delta V$
- ทั้งหมดอาจกลายเป็นพลังงานจลน์: $q\,\Delta V = \tfrac12 m v^2$
- นี่คือวิธีที่เครื่องเร่งอนุภาคเร่งความเร็วอิเล็กตรอนและโปรตอน
- แรงดันยิ่งมากหรือประจุยิ่งมาก ความเร็วสุดท้ายก็จะ越快越大
ประจุ $2\ \text{C}$ เร่งความเร็วจากจุดหยุดนิ่งผ่าน $9\ \text{V}$. จะได้รับพลังงานจลน์เท่าไหร่ใน $\text{J}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\text{KE} = q\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
เครื่องเร่งอนุภาคใช้แรงดันไฟฟ้าเพื่อแปลงพลังงานศักย์ไฟฟ้าเป็นพลังงานจลน์ของประจุ
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ประจุได้รับ $q\Delta V$ ของพลังงานจลน์ในการข้ามแรงดัน — นี่คือวิธีทำงานของเครื่องเร่งอนุภาค
ชุดเครื่องมือเดียวกับกลศาสตร์
- การอนุรักษ์พลังงานเชื่อมโยง จุดเริ่มต้น และ จุดสิ้นสุด โดยไม่ต้องติดตามรายละเอียดที่ยุ่งเหยิงตรงกลาง
- ตั้งให้พลังงานรวมที่จุดเริ่มต้นเท่ากับพลังงานรวมที่จุดสิ้นสุด แล้วแก้สมการ
- มันรวมไฟฟ้าเข้ากับเครื่องมือด้านพลังงานทางกลศาสตร์ที่คุณรู้จักอยู่แล้ว
- ทุกครั้งที่แรงเป็นแรงอนุรักษ์ (แรงโน้มถ่วง, สปริง, ไฟฟ้า) วิธีลัดนี้จะใช้ได้
ประจุที่รับหรือสูญเสียพลังงานจลน์
เมื่อบรรจุประจุเคลื่อนที่ผ่านสนาม พลังงานจะแลกเปลี่ยนระหว่างพลังงานจลน์และศักย์ไฟฟ้า จัดกลุ่มแต่ละกรณี
เลือก ทุก ข้อที่ถูกต้องเกี่ยวกับประจุที่เคลื่อนที่อิสระในสนามไฟฟ้า
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
พลังงานถูกอนุรักษ์ (แลกเปลี่ยน ไม่ใช่สร้าง); การข้าม $\Delta V$ โอนย้าย $q\Delta V$
กฎการอนุรักษ์พลังงานใช้ได้ก็ต่อเมื่อไม่มีพลังงานรั่วไหล (ไม่มีแรงเสียดทานหรือความต้านทานดูดซับมัน) ใน วงจรไฟฟ้า ต้านทานจะเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน ดังนั้นพลังงาน在那里จะ รวมกัน แล้ว守恒 แต่ไม่ได้จัดเก็บในฐานะพลังงานจลน์ — ต้องติดตามว่าพลังงาน去向ไหน
ในวงจร ทำไมพลังงานไฟฟ้าทั้งหมดไม่ถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ตัวต้านทานแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อน ดังนั้นพลังงานจึงถูกอนุรักษ์โดยรวมแต่ไม่ได้จัดเก็บเป็นการเคลื่อนที่
ประจุ $q = 2\ \text{C}$ ถูกเร่งจากสภาวะหยุดนิ่งผ่านต่างศักย์ $\Delta V = 9\ \text{V}$ จะได้รับพลังงานจลน์เท่าใด
- $\text{KE} = q\,\Delta V = 2 \times 9 = 18\ \text{J}$.
พลังงานศักย์ไฟฟ้าทั้งหมดที่สูญเสียไปจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ทั้งหมด
การอนุรักษ์พลังงานไฟฟ้า: ประจุแลกเปลี่ยน พลังงานศักย์ไฟฟ้า เป็น พลังงานจลน์ โดยรวมคงที่ $U + \tfrac12 mv^2 = \text{constant}$ การเคลื่อนที่ผ่านแรงดันจะทำให้ได้พลังงาน $W = q\,\Delta V$ — นี่คือหลักการทำงานของเครื่องเร่งอนุภาค มีเครื่องมือทางฟิสิกส์เดียวกันกับกลศาสตร์