Ηλεκτρικό δυναμικό: ιδιότητες και ασκήσεις

Δυνητικόςηλεκτρικός ή Τάσηηλεκτρικός είναι το ποσό του ενέργεια χρειάζεται για μετακίνηση α ηλεκτρικό φορτίο ενιαία μεταξύ δύο διακριτών σημείων μιας περιοχής με α ηλεκτρικό πεδίο. Ο δυνητικόςηλεκτρικός είναι ένα φυσικό μέγεθος αναρρίχηση μέτρο σε βολτ (V), που ισοδυναμεί με τζάουλανάκουλόμβ (J/C) σε μονάδες ΣΙ.

Διαβάστε επίσης: Ηλεκτροστατική - τι είναι, λυμένοι τύποι και ασκήσεις

Ιδιότητες ηλεκτρικού δυναμικού

Ο δυνητικόςηλεκτρικός είναι το ποσό του ηλεκτρική δυναμική ενέργεια, σε joules, ανά μονάδα φόρτισης, σε κουλόμβ. Κατανοήστε: ο ισχυρισμός ότι μια πρίζα παρέχει 110V του ηλεκτρικού δυναμικού ισοδυναμεί με το να λέμε ότι αποδίδει 110 J ενέργειας για κάθε κουλόμπ του ηλεκτρικού φορτίου που διέρχεται από τους ακροδέκτες του.

Το ηλεκτρικό δυναμικό στο σημείο όπου η φόρτιση τι Ίσις κατευθείαναναλογικά στη μονάδα ηλεκτρικού φορτίου τι που το παράγει, και αντιστρόφως ανάλογο της απόστασης ρε:

Καθώς απομακρυνόμαστε από το φορτίο q, το ηλεκτρικό δυναμικό μειώνεται.

Όπως μπορείτε να δείτε στο σχήμα, όλα

κηλίδεςαυτός που απέχει εξίσου (κόκκινες γραμμές) στο φορτίο παραγωγής (Q) βρίσκονται στο ίδιοδυνητικόςηλεκτρικός και, ως εκ τούτου, καλούνται ισοδυναμίες. Ο τύπος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού δυναμικού είναι το εξής:

U – ηλεκτρικό δυναμικό (V)

Q – ηλεκτρικό φορτίο (C)

κ₀ – ηλεκτροστατική σταθερά κενού (9.0.10⁹ N.m²/C²)

ρε – απόσταση (m)

Το ηλεκτρικό δυναμικό μπορεί να παραδεχτεί σήματα αλγεβρικός, θετικός και αρνητικός,σχετίζεται μεκατευθείαν σαν σημάδι χρέωσης που δημιουργεί το δυναμικό και με την απόσταση ρε μέχρι αυτή τη χρέωση. Αυτό σημαίνει ότι, στην περιοχή ενός ηλεκτρικά φορτισμένου σώματος, υπάρχουν άπειρες τιμές ηλεκτρικού δυναμικού, που καθορίζονται από την απόσταση από αυτό το φορτίο. Με αυτόν τον τρόπο, ένα ηλεκτρικό δυναμικό ενός φορτίου θα είναι ακριβώς ίσο με 0 μόνο όταν η απόσταση μεταξύ του σημείου όπου θέλετε να μετρήσετε ένα μηδενικό δυναμικό και του φορτίου είναι απείρως μεγάλη.

Διαβάστε επίσης: Ηλεκτρικό ρεύμα: τύποι και λυμένες ασκήσεις

Υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να ορίσετε το ηλεκτρικό δυναμικό συνδέοντάς το με ηλεκτρική δυναμική ενέργεια, δείτε πώς:

ΚΑΙ_{Πόδιεκεί} – ηλεκτρική δυναμική ενέργεια (J)

Ορισμός ηλεκτρικού δυναμικού

Σκεφτείτε ότι α χρέωσηηλεκτρικόςακριβήςτι βρίσκεται σε ένα σημείο Ο ομοιόμορφου ηλεκτρικού πεδίου ΚΑΙ, όπως φαίνεται στο σχήμα, και μετά μετατοπίζεται στο σημείο σι.

Ας υπολογίσουμε το ενέργεια απαιτείται για να είναι η χρέωση εκτοπισμένοςανάμεσαεσείςκηλίδεςΑ και Β, χωρίζονται από απόσταση ρε. Για να γίνει αυτό, θα χρησιμοποιήσουμε τον ορισμό του Εργασία:

Να θυμάστε ότι το ηλεκτρική δύναμη που παράγεται από το ηλεκτρικό πεδίο και ενεργεί στο φορτίο q είναι ίσο με το γινόμενο του φορτίου q με το ηλεκτρικό πεδίο E:

Ενώνοντας τους προηγούμενους τύπους, έχουμε μια διαφορετική έκφραση για το έργο που εκτελεί η ηλεκτρική δύναμη:

Στη συνέχεια, πρέπει να θυμόμαστε πώς είναι η σχέση μεταξύ του ηλεκτρικού πεδίου. ΚΑΙ και το ηλεκτρικό δυναμικό U. Ετσι:

Τέλος, βρίσκουμε μια έκφραση που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό του ηλεκτρικού δυναμικού ως προς την εργασία που γίνεται για τη μετατόπιση του ηλεκτρικού φορτίου μεταξύ των σημείων Α και Β, όπως δείχνουμε τώρα:

Δεδομένου ότι η εργασία που γίνεται για τη μετακίνηση του ηλεκτρικού φορτίου μεταξύ των σημείων Α και Β είναι ισοδύναμη με ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που το φορτίο «κέρδισε» ή «έχασε», το ηλεκτρικό δυναμικό μπορεί να γίνει κατανοητό σαν αναλογία ενέργειας προς φόρτιση, όπως εξηγείται.

Διαβάστε επίσης: Θερμιδομετρία - κλάδος της επιστήμης που μελετά την ανταλλαγή θερμότητας και τα φαινόμενα της

Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ένα σημαντικό φυσικό μέγεθος για τη μελέτη της ηλεκτροστατικής

Ασκήσεις για το ηλεκτρικό δυναμικό

Ερώτηση 1) Ανάμεσα σε δύο φορτισμένες μεταλλικές πλάκες, σε απόσταση 10 cm, υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο 500 V/m. Προσδιορίστε τη διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ τους.

α) 10V

β) 100V

γ) 50V

δ) 500V

ε) 5000 V

Ανατροφοδότηση: Γράμμα Γ

Ανάλυση:

Αφού μετατρέψουμε την απόσταση μεταξύ των πλακών, τη μετατρέψουμε σε μέτρα (10 cm = 0,1 m), θα χρησιμοποιήσουμε τον τύπο που συσχετίζει το ηλεκτρικό πεδίο με τη διαφορά δυναμικού, παρατηρήστε:

Μέσω του υπολογισμού που φαίνεται, διαπιστώσαμε ότι η διαφορά δυναμικού μεταξύ των πλακών είναι 50 V, επομένως η σωστή εναλλακτική είναι το γράμμα c.

Ερώτηση 2) Εξετάστε τις δηλώσεις που σχετίζονται με το ηλεκτρικό δυναμικό:

I – Το ηλεκτρικό δυναμικό είναι ένα βαθμωτό μέγεθος.

II – Η μονάδα μέτρησης ηλεκτρικού δυναμικού είναι το αμπέρ (Α).

III – Το ηλεκτρικό δυναμικό σε ένα ορισμένο σημείο του χώρου είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης από το ηλεκτρικό φορτίο.

IV – Η μονάδα μέτρησης ηλεκτρικού δυναμικού, σύμφωνα με το SI, είναι το βολτ (V).

Είναι (είναι) αλήθεια:

α) I και II

β) I και IV

γ) II και III

δ) I, II και III

ε) II, III και IV

Ανατροφοδότηση: Γράμμα Β

Ανάλυση:

Οι προτάσεις II και III είναι ψευδείς, αφού η μονάδα μέτρησης είναι το βολτ και το ηλεκτρικό δυναμικό είναι αντιστρόφως ανάλογο της απόστασης από το φορτίο. Επομένως, οι προτάσεις I και IV είναι σωστές.

Ερώτηση 3) Ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο, με φορτίο 2 mC (2.0.10^-3 C), υφίσταται έργο 5,0 J όταν μεταφέρεται μεταξύ δύο σημείων ενός ηλεκτρικού κυκλώματος. Προσδιορίστε τη διαφορά δυναμικού μεταξύ αυτών των σημείων.

α) 3.0.10⁶ V

β) 4,5.10² V

γ) 0.5.10³ V

δ) 2.5.10^-3 V

ε) 10.10^-4 V

Ανατροφοδότηση: Γράμμα Δ

Ανάλυση:

Για να λύσετε την άσκηση, απλώς χρησιμοποιήστε τον τύπο που συσχετίζει το ηλεκτρικό δυναμικό και το έργο, παρατηρήστε:

Σύμφωνα με το αποτέλεσμα που προκύπτει, η σωστή απάντηση είναι το γράμμα d.

Του Rafael Hellerbrock
Καθηγητής Φυσικής

Πηγή: Σχολείο Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/potencial-eletrico-v.htm