Робота під час переміщення заряду в однорідному електростатичному полі
Фізика 11 клас
Робота під час переміщення заряду в однорідному електростатичному полі
Розглянемо дві пластинки, розміщені вертикально.
Ліва пластинка В заряджена негативно, а права С - позитивно.
Обчислимо роботу, що виконується полем А під час переміщення заряду q із точки 1, яка знаходиться на відстані d1 від пластини В, у точку 2, розміщену на відстані d2 < d1 від тієї ж пластинки. Точки 1 і 2 лежать на одній силовій лінії.
Робота під час переміщення заряду в однорідному електростатичному полі
На ділянці шляху ∆d = d1 – d2 електричне поле виконує додатну роботу:
A = qE(d1 - d2) = - (qEd2 - qEd1).
Оскільки ця робота не залежить від форми траєкторії, то вона дорівнює зміні потенціальної енергії, взятій з протилежним знаком:
A = - (Wp2 – Wp1) = - ∆Wp.
Порівнюючи рівняння, бачимо, що потенціальна енергія заряду в однорідному електричному полі
де заряд q може бути і позитивним, і негативним.
Wp = qEd,
Робота під час переміщення заряду в однорідному електростатичному полі
На замкненій траєкторії, коли заряд повертається в початкову точку, робота поля дорівнює нулю:
A = ∆Wp = - (Wp2 – Wp1) = 0.
Поля, що мають цю властивість, називають потенціальними (гравітаційні, електростатичні).
Розв’язування задач
№1 Яку роботу виконує поле під час переміщення заряду 20 нКл з точки, потенціал якої 700В, у точку з потенціалом –100 В, у точку з потенціалом 400В?
Дано: Розв’язання
q = 20·10-9Кл А=( φ1- φ2)·q
φ1 = 700В А1 =( φ1- φ2)·q
φ2 = 100В А2 =( φ2- φ3)·q
φ3 = 400 В A1=(700В-100В)·20·10-9Кл=12∙10-6Дж=12мкДж
А2=(100В-400В)·20·10-9Кл=-6∙10-6Дж=-6мкДж
А-?
Розв’язування задач
№2 Напруженість однорідного електричного поля дорівнює 2 кВ/м. В ньому перемістили на 3 см в напрямі силової ліній заряд –30нКл. Визначити роботу поля, зміну потенціальної енергії взаємодії заряду з полем і різницю потенціалів між початковою і кінцевою точками переміщення.
Дано: Розв’язання
Е = 2кВ/м = 2000 В/м А= qЕ∆d
q = З0нКл = 30·10-9Кл А=(φ1- φ2)·q
∆d = 3см = 0,03м φ1- φ2 =A/q
A= 30·10-9Кл·2000 В/м·0,03м = 1800·10-9 Дж
А-?
Wp-?
φ1- φ2 -?