Potencjał, praca i znak ładunku w polu elektrycznym

Potrzebne wiadomości: Energia, praca, ładunek i jednorodne pole elektryczne.

Napięcie nie jest energią

Oznaczmy potencjał przez φ. Dla przejścia z A do B zmiana energii potencjalnej wynosi \Delta E_p=q(\varphi_B-\varphi_A), a praca pola W=q(\varphi_A-\varphi_B). Wolty pomnożone przez kulomby dają dżule. Ten sam spadek potencjału oznacza różne energie dla różnych ładunków.

Jeżeli tylko siła elektryczna wykonuje pracę, przyrost energii kinetycznej wynosi −ΔEₚ. Elektron ma q=−e, więc przemieszczenie ku wyższemu potencjałowi zmniejsza jego energię potencjalną. Nie zastępujemy q dodatnią wartością e, dopóki nie ustalimy znaków i sensu obliczanego ilorazu.

Przykład

Ładunek +1 nC przechodzi z potencjału 20 V do 5 V. Energia potencjalna maleje o 15 nJ, a pole wykonuje pracę +15 nJ. Dla ładunku −1 nC na tej samej trasie znaki odwracają się. Wymuszone przeniesienie ujemnego ładunku wymagałoby odpowiedniego udziału siły zewnętrznej.

W jednorodnym polu potencjał maleje wzdłuż wektora E; dla odcinka równoległego do pola wartość różnicy potencjałów wynosi Ed. Przesunięcie poprzeczne po powierzchni ekwipotencjalnej nie zmienia energii. Dodanie tej samej stałej do wszystkich potencjałów nie zmienia żadnej różnicy ani pracy.

Zadania do tego tematu

• Dodatni ładunek przechodzi do niższego potencjału
• Elektron przyspiesza ku wyższemu potencjałowi
• Zmiana zera potencjału nie zmienia pracy
• Przemieszczenie wzdłuż i w poprzek jednorodnego pola

Dalsza lektura

Materiał referencyjny