Ο ηλεκτρική δύναμη είναι η δύναμη που προκύπτει όταν υπάρχουν δύο ηλεκτρικά φορτία που αλληλεπιδρούν το ένα με τα ηλεκτρικά πεδία του άλλου. Υπολογίζουμε την έντασή του χρησιμοποιώντας το ο νόμος του Κουλόμπ.
Η κατεύθυνσή του είναι σύμφωνα με τη νοητή γραμμή που ενώνει τα φορτία και η κατεύθυνσή του ποικίλλει ανάλογα με τα σημάδια των ηλεκτρικών φορτίων. Οπότε πότε \(q\geq0\), η κατεύθυνση μεταξύ των δυνάμεων είναι ελκυστική. Αλλά όταν \(q<0\), η κατεύθυνση μεταξύ των δυνάμεων είναι απωθητική.
Ο νόμος του Coulomb, εκτός από το ότι χρησιμοποιείται στον υπολογισμό της δύναμης, διασυνδέει αυτή την ηλεκτροστατική δύναμη με την τετραγωνική απόσταση μεταξύ των φορτίων και του περιβάλλοντος στο οποίο εισάγονται. Το έργο της ηλεκτρικής δύναμης μπορεί να βρεθεί από την ποσότητα ενέργειας που η ηλεκτρική φόρτιση πρέπει να φτάσετε από το ένα μέρος στο άλλο, ανεξάρτητα από την επιλεγμένη διαδρομή.
Διαβάστε επίσης: Πώς λειτουργεί η κίνηση των ηλεκτρικών φορτίων;
Περίληψη ηλεκτρικής ενέργειας
Η ηλεκτρική δύναμη ασχολείται με την αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρικών φορτίων.
Η κατεύθυνση της ηλεκτρικής δύναμης είναι ίδια με τη νοητή γραμμή που συνδέει τα ηλεκτρικά φορτία. ελκυστικό ή απωθητικό ανάλογα με τα σημάδια των φορτίων και η έντασή του υπολογίζεται από το νόμο του Κουλόμβ.
Ο νόμος του Κουλόμπ συσχετίζει το μέγεθος της ηλεκτρικής δύναμης με την απόσταση μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων.
Ηλεκτρικά φορτία όμοιων ζωδίων ελκύουν το ένα το άλλο. Οι φορτίσεις με αντίθετα σημάδια απωθούν το ένα το άλλο.
Η εργασία μπορεί να υπολογιστεί από την «προσπάθεια» που κάνει ένα ηλεκτρικό φορτίο για να μετακινηθεί από το ένα σημείο στο άλλο.
Μη σταματάς τώρα… Υπάρχουν και άλλα μετά τη διαφήμιση ;)
Τι είναι και ποια είναι η προέλευση της ηλεκτρικής δύναμης;
Η ηλεκτροστατική δύναμη, που συνήθως ονομάζεται ηλεκτρική δύναμη, είναι μέρος των τεσσάρων θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις του σύμπαντος, μαζί με τις ισχυρές πυρηνικές, αδύναμες πυρηνικές και βαρυτικές δυνάμεις. Εμφανίζεται κάθε φορά που υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο με ηλεκτρικό φορτίο μέσα του.
Ο προσανατολισμός της ηλεκτρικής δύναμης έχει ως εξής:
Κατεύθυνση: παράλληλη με τη νοητή γραμμή που συνδέει τα ηλεκτρικά φορτία.
Εννοια: ελκυστικό εάν τα φορτία έχουν το ίδιο πρόσημο ή απωθητικό εάν τα φορτία έχουν αντίθετα πρόσημα.
Ενταση: υπολογίζεται με το νόμο του Coulomb.
Νόμος του Κουλόμπ
Ο νόμος του Κουλόμπ είναι η φυσική αρχή που είναι υπεύθυνη για τη σύνδεση μεταξύ της ηλεκτροστατικής δύναμης και της απόστασης μεταξύ δύο ηλεκτρικών φορτίων που βυθίζονται στο ίδιο μέσο. Αναπτύχθηκε από Charles-Augustin de Coulomb (1736-1806) το 1785.
Υπάρχει ένα σχέση αναλογικότητας μεταξύ δύναμης και φορτίων, αλλά η δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης, δηλαδή αν διπλασιάσουμε την απόσταση, η δύναμη μειώνεται \(\frac{1}{4}\) της αρχικής του αξίας.
\(\vec{F}\propto\left| Q_1\right|\ e\left| Q_2\right|\)
\(\vec{F}\propto\frac{1}{d^2}\)
Αξίζει να αναφερθεί η σημασία που έχει το πρόσημο των ηλεκτρικών φορτίων στον προσδιορισμό της κατεύθυνσης της δύναμης που ενεργεί μεταξύ τους, όντας ελκυστικά για φορτία με αντίθετα πρόσημα και απωθητικά όταν τα φορτία έχουν αντίθετα πρόσημα. ισοδυναμεί.
Ο τύπος του νόμου του Coulomb αντιπροσωπεύεται από:
\(\vec{F}=k\frac{\left| Q_1\right|\ \bullet\left| Q_2\right|}{d^2}\)
\(\vec{F}\) είναι η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων, μετρημένη σε Newton [N].
\(\αριστερά| Q_1\δεξιά|\) και \(\αριστερά| Q_2\δεξιά|\) είναι οι μονάδες φορτίου των σωματιδίων, μετρημένες σε Coulomb \([ΝΤΟ]\).
ρε είναι η απόσταση μεταξύ των φορτίων, μετρημένη σε μέτρα [m].
κ είναι η ηλεκτροστατική σταθερά του μέσου, μετρούμενη σε \({\αριστερά (N\κουκκίδα m\δεξιά)^2/C}^2\).
Παρατήρηση: Η ηλεκτροστατική σταθερά μεταβάλλεται ανάλογα με το περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται τα φορτία.
→ Μάθημα βίντεο για το νόμο του Κουλόμπ
εργασία ηλεκτρικής δύναμης
Το έργο είναι η εφαρμογή δύναμης για μετατόπιση και δεν έχει σημασία ποιο μονοπάτι ακολουθήθηκε, αρκεί να ξεκινούν από το ίδιο σημείο προς το ίδιο μέρος.
Ενόψει αυτού, η εργασία ηλεκτρικής δύναμηςεξαρτάται από τη δύναμη που ασκείται σε ένα ηλεκτρικό φορτίο για να διασχίσετε την απόσταση από το σημείο 1 στο σημείο 2, όπως φαίνεται στην εικόνα.
Υπολογίζουμε την εργασία χρησιμοποιώντας τον τύπο:
\(W=\vec{F}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)
W είναι έργο, μετρημένο σε joules \([J]\).
ρε είναι η μετατοπισμένη απόσταση, μετρημένη σε μέτρα \([Μ]\).
θ είναι η γωνία μεταξύ \(\vec{F}e\ d,\), μετρημένο σε μοίρες.
Διαβάστε επίσης: Ηλεκτροστατική — περιοχή της Φυσικής που προορίζεται για τη μελέτη φορτίων σε ηρεμία
Ηλεκτρική δύναμη και ηλεκτρικό πεδίο
Ο ηλεκτρικό πεδίο εμφανίζεται κοντά σε ένα ηλεκτρικό φορτίο ή μια ηλεκτρισμένη επιφάνεια, που είναι μια εγγενής ιδιότητα των φορτίων. Ο Η ηλεκτρική δύναμη προκύπτει όταν υπάρχει αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρικών πεδίων τουλάχιστον δύο ηλεκτρικών φορτίων, όπως φαίνεται στην εικόνα.
Σχετικά με τον προσανατολισμό του ηλεκτρικού πεδίου ως προς την ηλεκτρική δύναμη:
Κατεύθυνση: ίδια με την ηλεκτρική δύναμη, δηλαδή παράλληλη με τη γραμμή που ενώνει τα ηλεκτρικά φορτία.
Εννοια: το ίδιο της δύναμης αν \(q\geq0\), αλλά αντίθετη από τη δύναμη αν \(q<0\).
Ενταση: υπολογίζεται από τον τύπο ηλεκτρικού πεδίου ή από τον τύπο που συσχετίζει την ηλεκτρική δύναμη και το ηλεκτρικό πεδίο, που περιγράφεται παρακάτω:
\(\vec{F}=\αριστερά|q\δεξιά|\bullet\vec{E}\)
q είναι το ηλεκτρικό φορτίο, μετρημένο σε κουλόμπ \([ΝΤΟ]\).
\(\vec{E}\) είναι το ηλεκτρικό πεδίο, μετρούμενο σε \([N/C]\).
→ Βίντεο μάθημα για το ηλεκτρικό πεδίο
Ασκήσεις επίλυσης ηλεκτρικής δύναμης
ερώτηση 1
(Mack-SP) Σημείο ηλεκτρικό φορτίο με \(q=4,0\ \mu C\), που βρίσκεται σε ένα σημείο P του κενού, υπόκειται σε ηλεκτρική δύναμη μεγέθους \(1.2\ N\). Το ηλεκτρικό πεδίο σε εκείνο το σημείο P έχει μέγεθος:
Ο) \(3.0\bullet{10}^5\ N/C\)
ΣΙ) \(2.4\bullet{10}^5\ N/C\)
ντο) \(1,2\bullet{10}^5\ N/C\)
ρε) \(4.0\bullet{10}^{-6}\ N/C\)
και) \(4.8\bullet{10}^{-6}\ N/C\)
Ανάλυση:
Εναλλακτική Α
Καθώς στη δήλωση παρέχεται η τιμή της δύναμης και ζητείται το πεδίο, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τη φόρμα που σχετίζεται και με τα δύο:
\(\vec{F}=\αριστερά|q\δεξιά|\bullet\vec{E}\)
\(1,2=\αριστερά|4,0\ \mu\δεξιά|\bullet\vec{E}\)
Το να το θυμάσαι \(\mu={10}^{-6}\), έχουμε:
\(1,2=4,0\bullet{10}^{-6}\bullet\vec{E}\)
\(\frac{1,2}{4,0\bullet{10}^{-6}}=\vec{E}\)
\(0.3\bullet{10}^6=\vec{E}\)
\(3\bullet{10}^{-1}\bullet{10}^6=\vec{E}\)
\(3\bullet{10}^{-1+6}=\vec{E}\)
\(3\bullet{10}^5N/C=\vec{E}\)
Ερώτηση 2
Υπάρχει ηλεκτρικό φορτίο του \(2.4\bullet{10}^{-4}\ C\) σε ένα ηλεκτρικό πεδίο του \(6\bullet{10}^4\N/C\) που κινείται 50 cm παράλληλα με τον άξονα του πεδίου. Τι δουλειά κάνει το φορτίο;
Ο)\(W=-7,2\ J\)
ΣΙ)\(W=14,4\bullet{10}^{-2}\ J\)
ντο)\(W=7,2\bullet{10}^{-2}\ J\)
ρε)\(W=14,4\ J\)
και) \(W=7,2\ J\)
Ανάλυση:
Εναλλακτική Ε
Χρησιμοποιώντας τον τύπο που συσχετίζει το έργο και την ηλεκτρική δύναμη:
\(W=\vec{F}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)
Εφόσον δεν δόθηκε η ηλεκτρική δύναμη, μπορούμε να κάνουμε τον υπολογισμό χρησιμοποιώντας το ηλεκτρικό πεδίο και το φορτίο. Υπενθυμίζοντας ότι εφόσον το φορτίο είναι θετικό, η δύναμη και το πεδίο του είναι στην ίδια κατεύθυνση, οπότε η γωνία μεταξύ της δύναμης και της μετατοπισμένης απόστασης είναι 0°:
\(W=\left|q\right|\bullet\vec{E}\bullet d\bullet\cos{\theta}\)
\(W=\left|2,4\bullet{10}^{-4}\right|\bullet\left (6\bullet{10}^4\right)\bullet0,5\bullet\cos0°\)
\(W=14,4\bullet{10}^{-4+4}\bullet0.5\bullet1\)
\(W=14,4\bullet0,5\)
\(W=7,2\ J\)
Από την Pâmella Raphaella Melo
Καθηγητής Φυσικής
